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基于光纤捷联惯性系统的船体变形测量方法研究
| 论文题名： | 基于光纤捷联惯性系统的船体变形测量方法研究 |
| 关键词： | 船体变形;光纤捷联惯性装置;角速度;卡尔曼滤波器;结构设计 |
| 摘要： | 针对利用惯性装置测量船体变形,本文提出了基于光纤捷联惯性装置测量船体变形角的方法。由于角速度信息是直接反应船体变形角的变量,因此将两套光纤陀螺输出的角速度信息的差值作为卡尔曼滤波器量测方程的输入量,利用卡尔曼滤波技术估计船体变形角。建立了卡尔曼滤波模型,通过理论仿真并进行实船海上试验。仿真和实船试验的结果验证了该方法的有效性,为进一步研究利用惯性装置测量船体变形技术打下基础。本文主要研究内容如下: 首先,简单介绍了基于角速度匹配测量船体变形的基本原理,并对利用惯性装置测量船体变形技术中用到的一些基础知识进行了相关的介绍。针对测量船体变形角的方法,重点研究了基于角速度匹配测定船体形变的两种方法:卡尔曼滤波法和迭代算法。给出了卡尔曼滤波法测量船体变形的滤波模型;推导了迭代算法的计算船体变形角的计算过程。进行理论仿真并对比分析了这两种方法的优缺点,仿真结果显示两种算法都可以对船体变形角进行估计;迭代算法受陀螺漂移等误差因素影响较大,且存在误差累积;卡尔曼滤波算法可以有效滤除陀螺漂移等干扰因素,实现船体变形角的最优估计。 其次,研究了影响船体变形测量精度的因素,并分析了船体动态变形角模型中系数的选择及考虑准静态变量的船体变形角的测量模型。另外,在实际测量船体变形的试验中,发现光纤陀螺的晶振随着时间的推移,会出现晶振漂移,造成变形测量系统所采集的两套光纤捷联惯性装置之间的试验数据时间不同步,这在很大程度上影响变形测量系统的精度。为了解决这个问题,提出了采用GPS秒脉冲驯服陀螺晶振的方案,抑制陀螺晶振的漂移,提高变形测量系统的测量精度。此外还分析了光纤陀螺的采样频率对测量船体变形角精度的影响,提高采用频率有利于提高变形系统的测量精度。 最后,针对变形测量系统以及舰船自身的结构特点,以实验室自研的光纤捷联装置为主体测量仪器设计了海上航行试验方案,并进行了海上航行试验。海上试验验证了变形测量方案以及变形测量系统的有效性。海上试验的结果表明:船体变形与舰船的运动状态相关,变形角受舰船的航行状态影响较大。船体动态变形角体现出弹性形变的特性;船体静态变形角体现出非弹性形变的特性。 |
| 作者： | 贾琦 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 高伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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