[发明专利]一种捷联惯导式测波方法及系统

权利要求书

1.一种捷联惯导式测波方法,包括步骤如下：

步骤1，获取载体随波浪在三维空间的运动轨迹数据和运动姿态数据；

步骤2，对运动轨迹数据和运动姿态数据进行捷联惯导姿态解算，获取载体的欧拉姿态角和姿态矩阵，并根据姿态矩阵获得载体在自然地理坐标系下的加速度；

步骤3，对自然地理坐标系下的加速度，进行二次积分，获取载体的位移量；

步骤4，根据载体的位移量，进行跨零法波浪统计，将最大出现率的方向角作为主波向。

2.根据权利要求1所述的捷联惯导式测波方法，其特征在于，所述步骤1还包括对运动轨迹数据和运动姿态数据的原始数据进行平均值滤波和误差补偿的操作。

3.根据权利要求2所述的捷联惯导式测波方法，其特征在于，所述捷联惯导姿态解算采用互补滤波和四元数法进行姿态解算。

4.根据权利要求3所述的捷联惯导式测波方法，其特征在于，所述步骤2还包括关于姿态解算的判断过程，包括：如果是首次姿态解算，则首先根据加速度计和陀螺仪的数据求出初始欧拉姿态角，进而初始化四元数；若不是首次姿态解算，则直接采用互补算法，用加速度对陀螺仪进行修正获取准确稳定的陀螺仪数值，带入四元数微分方程；有了初始化的四元数量，再结合数据采样周期及修正后的陀螺仪数据，即可对四元数进行更新，获取姿态矩阵和姿态角。

5.根据权利要求1或3所述的捷联惯导式测波方法，其特征在于，所述二次积分是加速度、速度和位移的数值积分，包括如下步骤：

步骤31，分别在三轴方向上继续对加速度做积分运算，自然地理坐标系下的某一轴加速度为a_n，经过中值滤波处理防止加速度传感器的脉冲干扰，得到a_n1；

步骤32，通过高通滤波器去除加速度传感器的零点漂移趋势，得到a_n2；

步骤33，去除直流重力加速度分量g，得到该轴真实的运动加速度a_n3；

步骤34，根据公式v(k)＝v(k-1)+T_s·a(k)，数值离散化后进行时域一次数值积分得到速度V₀；

步骤35，通过高通滤波器去除速度序列的低频漂移得到速度V₁；

步骤36，根据公式.s(k)＝s(k-1)+T_s·v(k)，数值离散化后进行时域二次数值积分得到位移S₀；

步骤37，通过高通滤波器去除位移序列的低频漂移得到位移S₁。

6.根据权利要求5所述的捷联惯导式测波方法，其特征在于，所述跨零法波浪统计是统计一段时间段内的波浪特征参数，所述波浪特征参数包括波高、波周期和波浪方向，所述波高包括平均波高H_avg、1/3大波高H_1/3、1/10大波高H_1/10和最大波高H_max；所述波周期包括平均波周期T_avg、1/3大波周期T_1/3、1/10大波周期T_1/10和最大波周期T_max；所述波浪方向包括平均波向D_avg和主波向D_dm。

7.根据权利要求6所述的捷联惯导式测波方法，其特征在于，所述波高和波周期的统计方法如下：

步骤41，取Z轴位移平均值为波高零基准面；

步骤42，寻找相邻的跨零点，并标记相应编号；

步骤43，计算相邻跨零点内的波周期、波高，并存储在指定波高和波周期数组序列；

步骤44，波高和波周期序列按照大小排列：统计最大波高、平均波高、1/3大波高、1/10大波高及相应周期。