[发明专利]一种基于惯性技术的考虑杆臂效应的舰船升沉误差补偿方法

摘要

本发明公开一种基于惯性技术的考虑杆臂效应的舰船升沉误差补偿方法，属于船舶导航技术领域。本发明首先建立舰船研究对象建立载体与地理坐标坐标系，采集传感器数据；然后计算舰船的横摇γ纵摇θ和解算加速度；再通过积分运算、数字滤波和再次积分得到补偿前的升沉H；其次计算误差升沉；最后用未补偿的升沉Hins减去误差升沉Hi得到补偿后的升沉Hout。在惯性导航系统的基础上，建立升沉解算误差补偿模型，不仅仅利用捷联惯导姿态角输出信息，而且利用了惯性测量元件安装的杆臂信息。该方法大大降低了惯性测量元件安装的局限性，从而提高舰船升沉精度，进而提高惯性导航系统的导航精度。

主权项

1.一种基于惯性技术的考虑杆臂效应的舰船升沉误差补偿方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一 以船舶质心为原点，建立舰船载体坐标系b系和当地地理坐标系t系；载体坐标系中，x轴指向船首，y轴指向右弦，z轴垂直于x、y轴构成平面向天；惯性导航初始对准后(粗对准与精对准)，利用四元数法计算并实时更新三个姿态角即横摇γ纵摇θ航向和捷联矩阵其中是舰船载体坐标系b系与地理坐标系t系的关系矩阵；步骤二 采集加速度计原始数据，解算加速度计敏感的载体坐标系下的三个方向的加速度f^b，由步骤一的捷联矩阵和载体坐标系加速度f^b计算地理坐标系下的加速度信息f^t；变换公式如下：步骤三 对步骤二中的加速度ft信息一次积分，得到速度vin，其中积分时间为惯导解算采样时间0.01s；公式为：其中t‑t0＝0.01s，v0为上一时刻的速度值；设计并运用巴特沃斯高通数字滤波器，滤除舒勒周期对升沉运动的干扰，提取线运动升沉信息；其中巴特沃斯高通数字滤波器为转移函数差分方程为：其中Fb[0]、Fb[1]、Fb[2]、Fb[3]；Fa[0]、Fa[1]、Fa[2]、Fa[3]为滤波器系数；滤波输出得到速度信息vfilter，对vfilter再次积分得到补偿前的升沉Hins；公式如下：其中t‑t0＝0.01s，H0为上一时刻补偿前的升沉；步骤四测量惯性测量组件安装位置相对于船舶质心位置的杆臂长度L1、L2、L3；其中L1是x轴的分量，L2是y轴分量，L3是z轴分量；其补偿部分为由杆臂引起的误差升沉；该部分为升沉的主要误差，其数学模型为：Hi＝Z‑L3＝L1sinθ‑L2sinγcosθ+L3(cosγcosθ‑1)              (4)式中，Z为地理坐标系下的惯性测量组件安装处与船舶质心处(坐标系原点)的动态垂向位移差；其公式为：Z＝L1sinθ‑L2sinγcosθ+L3cosγcosθ                 (5)式中L3为载体坐标系下z轴的杆臂；步骤五由补偿前的升沉Hins和误差升沉Hi得到补偿后的升沉Hout；公式为：Hout＝Hins‑Hi                           (6)舰船的升沉补偿完成。