基于CKF的非线性船体变形惯性测量方法-哈尔滨工程大学学报.PDF

第３８卷第２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．３８ №．２ ２０１７年２月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｆｅｂ．２０１７ 基于ＣＫＦ 的非线性船体变形惯性测量方法 徐博，王艺菲，单为 （哈尔滨工程大学 自动化学院，黑龙江 哈尔滨 １５０００１） 摘　 要：船体变形的精确测量对于优化大型船体结构设计、不同部位的刚度设计以及提高舰船传递对准精度都有 很现实的意义，而基于惯性传感器的角速率匹配法是测量船体变形的研究热点。 针对大型船体中惯性测量单元存 在大安装误差角的情况，建立非线性的船体变形模型以及光纤陀螺的漂移模型，采用ＣＫＦ滤波方法进行估计；理论 推导了ＵＫＦ与ＣＫＦ 两种非线性滤波的估计精度，并进行了理论比较分析与仿真验证。 结果表明随着航向安装误 差角从３０°增加到５０°，静态误差角和动态误差角的估计精度始终保持在２０″以内。 与ＵＫＦ相比，随着系统非线性 程度的增强，ＣＫＦ的性能优势更加明显。 关键词：船体变形；光纤陀螺；角速率匹配法；非线性模型；容积卡尔曼滤波 ＤＯＩ：１０．１１９９０／ ｊｈｅｕ．２０１６０１０５６ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．ｕ１６１３．００６．ｈｔｍｌ ＋ － － － 中图分类号：ＴＮ７１３ １　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６ ７０４３（２０１７）０２ ０２４７ ０６ ＣＫＦ⁃ｂａｓｅｄ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｈｕｌｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＸＵ Ｂｏ，ＷＡＮＧ Ｙｉｆｅｉ，ＳＨＡＮ Ｗｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｈｕｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｏｆ ｒｅａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｉｎ ｅｆｆｏｒｔｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｌａｒｇｅｈｕｌｌｄｅｓｉｇｎｓ，ｍａｘｉｍｉｚｅｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｓ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆ ｓｈｉｐｓ． Ｍｅｔｈｏｄｓｔｈａｔ ｍｅａｓｕｒｅｈｕｌｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｅｒｔｉａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｒａｔｅ ｓｅｎｓｏｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｒｅ ａ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈｏｔ⁃ｓｐｏｔ． Ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅｏｆｌａｒｇｅｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｇｌｅｓｆｏｒｌａｒｇｅｈｕｌｌｉｎｅｒｔｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｎｉｔｓ，ａｎｏｎ⁃ｌｉｎｅａｒｈｕｌｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ ａｎｄ ａ ｄｒｉｆｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＦＯＧｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅ ＣＫＦｆｉｌｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｉｅｓｏｆ ｔｗｏ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉ．ｅ．，ＵＫＦａｎｄ ＣＫＦ，ｗｅｒｅｔｈｅｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｒｉｖｅｄ，ｃｏｍｐａｒｅｄ，ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｒｅ⁃ ｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｓ ｔｈｅ ｈｅａｄｉｎｇ ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｎｇｌｅ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ３０° ｔｏ ５０°，ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｉｅｓ ｏｆ