[发明专利]一种基于惯性测量单元的大角度船体变形测量方法

摘要

本发明提出基于惯性测量单元的大角度船体变形测量方法，同时采用CKF滤波方法，并能保证相对较高的精度。本发明包括：将两套惯性测量单元IMU1和IMU2分别安装在船体的中央位置和船首位置；建立变形角的非线性模型；推导两载体坐标系间的变换关系；确定IMU的误差模型；建立非线性状态方程；建立系统的观测方程；采用CKF算法进行时间更新与量测更新，对船体变形进行估计和监控。本发明建立了基于惯性测量匹配法的非线性模型，采用CKF滤波，其适用于非线性船体变形建模与测量，滤波精度要好于UKF。分析变形角参数设置不准确对估计的影响，并提出基于舰船姿态频谱分析的主频参数优化方法。

主权项

1.一种基于惯性测量单元的大角度船体变形测量方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将两套惯性测量单元IMU1和IMU2分别安装在船体的中央位置和船首位置，两套IMU的三个轴向分别命名为oxmymzm和oxsyszs，其中oym、oys轴指向船体的航向，ozm、ozs轴垂直于甲板平面指天，oxm、oxs轴与其它两个轴构成右手正交坐标系；(2)建立变形角的非线性模型表示静态形变形角，c表示常数，i分别表示x、y、z轴，θ_i表示两套IMU之间的安装误差角，m为某一定值,μ_i为不规则系数，λ_i为动态变形角变化的主频率，D_i为常值系数；θ_i为船体动态变形角，(3)推导两载体坐标系间的变换关系oxsyszs首先绕xs轴旋转ηx角度得到中间坐标系oxs1ys1zs1，然后再绕ys1轴旋转ηy角度得到中间坐标系oxs2ys2zs2，最后绕zs2轴旋转ηz角度得到中心IMU的平台坐标系oxmymzm：(4)确定IMU的误差模型σi表征IMU漂移离散程度的均方差，μ为不规则系数，εi为IMU漂移(5)建立非线性状态方程选取状态向量其中i＝x,y,z；非线性状态方程：非线性系统的状态方程可以化简为：(6)建立系统的观测方程观测方程，即两套光纤陀螺测量单元的输出角速率之差为：(7)采用CKF算法进行时间更新与量测更新，对船体变形进行估计和监控；时间更新：其中[1]_i表示集合[1]的第i列，对于二维状态，即n＝2，有：量测更新：Zi,k/k‑1＝h(Xi,k/k‑1)(8)通过对船体姿态角度进行频谱分析，对动态变形角模型参数进行优化。