基于光纖捷聯(lián)慣性系統(tǒng)的船體變形測量方法研究.pdf

1、針對利用慣性裝置測量船體變形,本文提出了基于光纖捷聯(lián)慣性裝置測量船體變形角的方法。由于角速度信息是直接反應船體變形角的變量,因此將兩套光纖陀螺輸出的角速度信息的差值作為卡爾曼濾波器量測方程的輸入量,利用卡爾曼濾波技術估計船體變形角。建立了卡爾曼濾波模型,通過理論仿真并進行實船海上試驗。仿真和實船試驗的結果驗證了該方法的有效性,為進一步研究利用慣性裝置測量船體變形技術打下基礎。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　首先,簡單介紹了基于角速度匹

2、配測量船體變形的基本原理,并對利用慣性裝置測量船體變形技術中用到的一些基礎知識進行了相關的介紹。針對測量船體變形角的方法,重點研究了基于角速度匹配測定船體形變的兩種方法:卡爾曼濾波法和迭代算法。給出了卡爾曼濾波法測量船體變形的濾波模型;推導了迭代算法的計算船體變形角的計算過程。進行理論仿真并對比分析了這兩種方法的優(yōu)缺點,仿真結果顯示兩種算法都可以對船體變形角進行估計;迭代算法受陀螺漂移等誤差因素影響較大,且存在誤差累積;卡爾曼濾波算法可

3、以有效濾除陀螺漂移等干擾因素,實現(xiàn)船體變形角的最優(yōu)估計。
　　其次,研究了影響船體變形測量精度的因素,并分析了船體動態(tài)變形角模型中系數(shù)的選擇及考慮準靜態(tài)變量的船體變形角的測量模型。另外,在實際測量船體變形的試驗中,發(fā)現(xiàn)光纖陀螺的晶振隨著時間的推移,會出現(xiàn)晶振漂移,造成變形測量系統(tǒng)所采集的兩套光纖捷聯(lián)慣性裝置之間的試驗數(shù)據(jù)時間不同步,這在很大程度上影響變形測量系統(tǒng)的精度。為了解決這個問題,提出了采用GPS秒脈沖馴服陀螺晶振的方案,抑

4、制陀螺晶振的漂移,提高變形測量系統(tǒng)的測量精度。此外還分析了光纖陀螺的采樣頻率對測量船體變形角精度的影響,提高采用頻率有利于提高變形系統(tǒng)的測量精度。
　　最后,針對變形測量系統(tǒng)以及艦船自身的結構特點,以實驗室自研的光纖捷聯(lián)裝置為主體測量儀器設計了海上航行試驗方案,并進行了海上航行試驗。海上試驗驗證了變形測量方案以及變形測量系統(tǒng)的有效性。海上試驗的結果表明:船體變形與艦船的運動狀態(tài)相關,變形角受艦船的航行狀態(tài)影響較大。船體動態(tài)變形角體