本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法及系統(tǒng)，該測量方法包括：預(yù)先在浮體上建立載體坐標(biāo)系O-xyz，并實(shí)時采集：在O點(diǎn)分別沿三個軸向布置的三個加速度傳感器的數(shù)據(jù)，在x軸正方向距離O點(diǎn)ρa(bǔ)x′處布置的z軸正向加速度傳感器的數(shù)據(jù)及y軸正向角速度傳感器的數(shù)據(jù)，在y軸正向距離O點(diǎn)ρby′處布置的x軸正向加速度傳感器的數(shù)據(jù)及z軸正向角速度傳感器的數(shù)據(jù)，在z軸正向距離O點(diǎn)ρcz′處布置的y軸正向加速度傳感器的數(shù)據(jù)及x軸正向角速度傳感器的數(shù)據(jù)；計算浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系中的線加速度；建立FIR濾波器并計算正則化參數(shù)；計算濾波器系數(shù)，并將線加速度輸入FIR濾波器進(jìn)行濾波處理，以獲得浮體的線位移。實(shí)施本發(fā)明專利技術(shù)的技術(shù)方案，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及測量領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于慣性測量系統(tǒng)的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
浮體運(yùn)動測量技術(shù)可以為船舶、海工設(shè)施及其他一些功能系統(tǒng)運(yùn)行提供必不可少的運(yùn)動參數(shù)。浮體運(yùn)動測量由于難以找到一個固定的參考點(diǎn)，所以其位移的建立相當(dāng)困難，目前可行的方法主要有使用GPS測距和使用慣性測量系統(tǒng)，由于GPS的精度很難達(dá)到要求，所以研究都集中在通過慣性測量系統(tǒng)測得的加速度來重建位移。一般的慣性測量系統(tǒng)可以測量浮體的姿態(tài)角，而試驗(yàn)中經(jīng)常也需要有橫蕩、縱蕩和升沉的運(yùn)動量數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、體積質(zhì)量大、維修困難、不便裝卸。捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)平臺系統(tǒng)的問題。在慣性測量系統(tǒng)中，對于浮體線位移的測量，線加速度在二次積分中存在無邊界誤差累積現(xiàn)象，系統(tǒng)會隨著時間的推進(jìn)而失去測量精度。浮體位移可分為由浮體機(jī)動引起的低頻位移信息和由波浪干擾引起的高頻位移信息。對于此低頻位移信息，單獨(dú)依靠慣性測量系統(tǒng)難以解決誤差累積問題，往往需要同其他測量方法如GPS測距等聯(lián)合作用，以計算其位移變化。而浮體的高頻位移信息，由于可將其視為繞某一穩(wěn)定點(diǎn)的振動，目前有各種方法通過數(shù)值積分獲得。在以往的方法中，為獲得浮體線位移信息，往往通過海浪監(jiān)測，浮體運(yùn)動建模等手段完成。此方法往往效果差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。當(dāng)前已知的一些測量方法往往基于慣性測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但是這些方法對浮體線加速度信息的處理過程中往往不能充分考慮加速度信息本身的特性，濾波算法復(fù)雜，可操作性差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述的缺陷，提供一種算法穩(wěn)定、可操作性強(qiáng)的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法及系統(tǒng)。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，包括:A.預(yù)先在被測浮體上建立載體坐標(biāo)系Ο-xyz，并實(shí)時采集以下傳感器的輸出數(shù)據(jù):在O點(diǎn)分別沿三個軸向布置的三個加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aM,、 ,及ara,，在χ軸正方向距離O點(diǎn)P ax,處布置的ζ軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aaz,及y軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)，在y軸正向距離O點(diǎn)Pby,處布置的χ軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)abx,及ζ軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωζ,，在ζ軸正向距離O點(diǎn)Pcz,處布置的y軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aey,及χ軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωχ,；B.根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)計算被測浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系中三個自由度方向的線加速度；C.建立FIR模擬濾波器，并根據(jù)所確定的濾波器頻率及目標(biāo)精度計算正則化參數(shù)；D.根據(jù)所述正則化參數(shù)計算濾波器系數(shù)，并將步驟B中的線加速度輸入步驟C所建立的FIR模擬濾波器進(jìn)行濾波處理，以獲得被測浮體的線位移。在本專利技術(shù)所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法中，所述步驟B包括:B1.根據(jù)公式1-1確定由載體坐標(biāo)系到平移坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣A ；權(quán)利要求1.一種浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，其特征在于，包括: A.預(yù)先在被測浮體上建立載體坐標(biāo)系O-xyz，并實(shí)時采集以下傳感器的輸出數(shù)據(jù):在O點(diǎn)分別沿三個軸向布置的三個加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aM,、aoy,及ara,，在x軸正方向距離O點(diǎn)P ax,處布置的z軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aaz,及y軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)，在y軸正向距離O點(diǎn)Pby,處布置的X軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)abx,及z軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωζ,，在ζ軸正向距離O點(diǎn)Pra,處布置的y軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)Ay,及X軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωχ,； B.根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)計算被測浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系中三個自由度方向的線加速度； C.建立FIR模擬濾波器，并根據(jù)所確定的濾波器頻率及目標(biāo)精度計算正則化參數(shù)； D.根據(jù)所述正則化參數(shù)計算濾波器系數(shù)，并將步驟B中的線加速度輸入步驟C所建立的FIR模擬濾波器進(jìn)行濾波處理，以獲得被測浮體的線位移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，其特征在于，所述步驟B包括: B1.根據(jù)公式1-1確定由載體坐標(biāo)系到平移坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣A ；3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，其特征在于，所述步驟C包括: Cl.對浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系下的三個自由度方向的線加速度F作傅里葉變換確定頻率fT，并確定目標(biāo)精度ατ ; C2.根據(jù)公式2-1計算正則化參數(shù)β ；4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，其特征在于，所述步驟D包括: Dl.確定線加速度的時間窗口的類型，并根據(jù)公式3-1確定時間窗口的寬度dw ； dw = 2k Δ t 公式 3-1 其中，At為線加速度采樣間隔，k為自然數(shù)； D2.根據(jù)公式3-2、公式3-3和公式3-4計算濾波器系數(shù)cp+k+1 ；5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，其特征在于，在所述步驟Dl中，所確定的時間窗口的類型為矩形重疊窗口。6.一種浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 采集模塊，用于通過預(yù)先在被測浮體上建立載體坐標(biāo)系O-xyz，并實(shí)時采集以下傳感器的輸出數(shù)據(jù):在O點(diǎn)分別沿三個軸向布置的三個加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aM,、 ,及ara,，在X軸正方向距離O點(diǎn)P ax,處布置的ζ軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aaz,及y軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)，在y軸正向距離O點(diǎn)Pv處布置的X軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)abx,及ζ軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωζ,，在ζ軸正向距離O點(diǎn)Pcz,處布置的I軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aey,及X軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωχ,；線加速度計算模塊，用于根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)計算被測浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系中三個自由度方向的線加速度； 正則化參數(shù)計算模塊，用于建立FIR模擬濾波器，并根據(jù)所確定的濾波器頻率及目標(biāo)精度計算正則化參數(shù)； 濾波模塊，用于根據(jù)所述正則化參數(shù)計算濾波器系數(shù)，并將所計算的線加速度輸入所建立的FIR模擬濾波器進(jìn)行濾波處理，以獲得被測浮體的線位移。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述線加速度計算模塊包括: 第一計算單元，用于根據(jù)公式1-1確定由載體坐標(biāo)系到平移坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣A ;8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述正則化參數(shù)計算模塊包括: 第一確定單元，用于對浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系下的三個自由度方向的線加速度K作傅里葉變換確定頻率fT，并確定目標(biāo)精度α τ ； 第五計算單元，用于根據(jù)公式2-1計算正則化參數(shù)β ；9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述正則化參數(shù)計算模塊包括: 第二確定單元，用于確定線加速度的時間窗口的類型，并根據(jù)公式3-1確定時間窗口的寬度dw ； dw=2k Δ t 公式 3-1 其中，At為線加速度采樣間隔，k為自然數(shù)； 第六計算單元，用于根據(jù)公式3-2、公式3-3和公式3-4計算濾波器系數(shù)cp+k+1 ；10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二確定單元所確定的時間窗口的類型為矩形重疊窗口。全文摘要本專利技術(shù)公開了一種浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種浮體橫縱蕩及升沉運(yùn)動的測量方法，其特征在于，包括：A.預(yù)先在被測浮體上建立載體坐標(biāo)系O?xyz，并實(shí)時采集以下傳感器的輸出數(shù)據(jù)：在O點(diǎn)分別沿三個軸向布置的三個加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aox′、aoy′及aoz′，在x軸正方向距離O點(diǎn)ρa(bǔ)x′處布置的z軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)aaz′及y軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωy′，在y軸正向距離O點(diǎn)ρby′處布置的x軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)abx′及z軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωz′，在z軸正向距離O點(diǎn)ρcz′處布置的y軸正向加速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)acy′及x軸正向角速度傳感器的輸出數(shù)據(jù)ωx′；B.根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)計算被測浮體的質(zhì)心在平移坐標(biāo)系中三個自由度方向的線加速度；C.建立FIR模擬濾波器，并根據(jù)所確定的濾波器頻率及目標(biāo)精度計算正則化參數(shù)；D.根據(jù)所述正則化參數(shù)計算濾波器系數(shù)，并將步驟B中的線加速度輸入步驟C所建立的FIR模擬濾波器進(jìn)行濾波處理，以獲得被測浮體的線位移。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸建輝，劉培林，劉義勇，陳少楠，鄧周榮，于文太，李懷亮，曹為，馮麗梅，梁學(xué)先，
申請(專利權(quán))人：中國海洋石油總公司，中海石油深海開發(fā)有限公司，海洋石油工程股份有限公司，中國海洋大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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