BMFLC幅相补偿的舰船升沉测量方法

在利用捷联式惯性导航系统进行升沉测量的过程中,引入数字高通滤波器可以很好地解决高度积分发散的问题,但随之会带来由高通滤波器固有特性导致的幅值衰减和相位超前。基于此,定量地分析了高通滤波器引起的幅相误差,提出一种基于带限傅里叶线性组合(BMFLC)幅相补偿的升沉测量方法,并在BMFLC中引入遗忘卡尔曼滤波权值更新策略。在提高BMFLC拟合精度的基础上,进一步提高对数字高通滤波器输出信息的幅相误差补偿精度。最后利用六自由度运动平台和舰船实验验证所提方法,实验结果表明:所提方法测得的升沉位移均方根误差约为8.1 mm,具有较高的适用性和稳定性。

基于惯性测量和卡尔曼多步观测器的船舶升沉运动测量方法

为了得到精确的船舶升沉运动信息,解决升沉加速度二次积分后的漂移和相位超前现象,基于卡尔曼滤波算法建立船舶升沉运动的多步观测模型,提出一种基于惯性测量和卡尔曼多步观测器的船舶升沉运动测量方法。首先,升沉平台模拟船舶升沉运动,使用惯性测量元件采集升沉加速度,经过滤波二次积分得到升沉位移。然后,对升沉加速度进行误差分析,运用升沉位移与升沉加速度的关系建立船舶升沉运动的状态空间模型并利用状态转移矩阵进行多步观测,消除升沉位移的漂移和延时。实验结果表明,本文所提出的测量方法可以解决不同幅值船舶运动中的偏移和相位超前问题,测量误差在0.01 m之内,体现了测量的精确性。

基于惯导解算的舰船升沉测量技术

针对舰船升沉运动对其自身操纵性的影响,提出一种利用捷联惯导系统测量舰船升沉的方法。给出了船体升沉的具体定义,分析了捷联惯导系统解算过程对舰船升沉测量的影响,总结了测量升沉运动的具体实施方案并提出利用数字高通滤波器完成对海浪等高频扰动的分离。结合舰船工作环境设计了多运动条件下的升沉仿真实验,结果表明:所提出的舰船升沉测量方案可较为准确地得到载体升沉信息并具有较高的工程实践意义。

基于惯导和无时延滤波器的舰船升沉测量

在利用惯导测量舰船的升沉运动中,针对传统方法设计的高通数字滤波器存在较大的相位滞后误差(即信号处理后的时间延迟误差)问题,提出一种滤波器设计方法:通过先设计传统的无限冲激响应低通滤波器,再采用互补方法将其转换为无相位滞后的高通滤波器,解决了信号时延问题;阐述了舰船升沉测量信号处理过程,即根据舰船上惯导姿态信息和加速度计采样输出,解算并给出天向加速度,通过积分和无时延高通滤波处理,获得升沉运动信息。最后,利用海上舰船试验数据进行验证,结果表明该方法的升沉测量精度提高了一个数量级。

基于IMU与UKF的船舶升沉运动信息测量方法

为获取实时、精确的船舶升沉运动信息,根据船舶升沉运动模型和频谱分析方法,建立描述惯性测量单元(IMU)的加速度测量信息与船舶升沉运动状态量关系的解析模型。基于无迹卡尔曼滤波(UKF)算法非线性滤波的特点,进行升沉运动滤波解算。通过仿真分析证明了所提方法在船舶升沉运动测量中的有效性。利用三自由度平台升沉运动测量实验验证,结果表明,同一模型下,相比于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的解算结果,所提方法具有更快的收敛速度和更高的测量精度;对船舶升沉位移的估计精度达到最大升沉幅值的5%,可以得到精确、无时延的船舶升沉运动信息。

基于相位补偿的舰船升沉位移测量方法

为了解决舰船升沉信息测量过程中传统升沉数字滤波器存在输出信号相对于实际信号相位超前的问题,提出了一种基于相位估计与补偿的自适应滤波算法。分析了传统升沉数字滤波器输出相位超前的原因,采用加权傅里叶线性组合频率估计算法实时估计输入信号的频率,并设计自适应FIR滤波器对传统升沉数字滤波器的输出进行相位补偿。将自适应FIR滤波器与传统升沉数字滤波器的估算结果进行模拟实验对比。实验结果表明自适应FIR滤波器输出的升沉位移精度达到厘米级,有效提高了舰船升沉信息测量的准确性和实时性。

基于BMFLC算法的舰船升沉测量方法

在舰船升沉信息的实时测量过程中,升沉滤波器实现了低频衰减和特定频段二次积分,但其存在输出相位超前的问题,并且超前相位的大小随输入信号频率变化。首先分析了升沉滤波器的误差特性,然后针对相位超前和噪声、零偏对系统影响的问题,提出了基于带限傅里叶线性组合(band-limited multiple Fourier linear combiner,BMFLC)算法校正滤波器输出的方法,并分析了算法中参数的选取和算法的计算量,实现了在抑制噪声和零偏的影响下对滤波器的输出进行幅度和相位补偿,进而提高了测量精度。仿真结果表明,提出的基于BMFLC算法的舰船升沉测量方法对升沉滤波器的输出进行了补偿,能够很好地解决超前相位误差和噪声、零偏影响的问题,实现了舰船升沉信息测量的实时性和准确性。

舰船升沉测量的自适应算法

给出了舰船升沉运动的具体定义;建立了升沉测量误差模型,并依此设计了升沉滤波器来实现低频衰减和特定频段的二次积分;详细分析了误差特性,指出各个误差源对测量结果的影响;提出了自适应算法来实时估计海浪运动状态,即平均海浪高度和主导频率,基于此求解出使误差达到最小值的滤波器参数;最后用仿真的手段,对此测量算法进行验证,并与传统的数字滤波器进行对比,仿真结果表明,提出的舰船升沉测量的自适应算法实现了测量的实时性和准确性。

基于SINS舰船升沉测量误差分析与补偿

在利用捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)对舰船升沉运动测量中,针对传统方法采用积分环节和数字高通滤波器组合引起相位超前的问题,分析了超前相位对升沉测量精度的影响,提出了增加相应低通滤波器进行相位校正的方法。针对实际工程应用中升沉监测点与舰船重心(center of gravity,COG)往往不重合的问题,定义两者之间的距离为测量杆臂,分析了舰船升沉测量过程中由测量杆臂引起的杆臂升沉的产生机理,提出了杆臂升沉的计算方法,最终给出监测点处升沉的精确测量算法。仿真结果表明,提出的监测点处升沉测量算法测量误差在0.05 m以内,具有较高的精度和稳定性。

基于UKF多步和BP修正的船舶升沉运动测量方法

为提高海上风机安装时的稳定性和精准性,需要对浮式起重船进行升沉运动补偿。但由于惯性系统测量的船舶升沉运动信息存在随机漂移和相位超前问题,严重影响升沉补偿系统的实时性和精确性,故本文提出基于UKF多步和BP修正的船舶升沉运动测量方法。基于Stewart波浪运动实验平台模拟船舶升沉运动,采用加速度惯性测量系统采集升沉位移和加速度信息,建立运动的状态空间模型;由此模型建立UKF观测器,并用状态转移矩阵根据动态检测的升沉运动超前相位进行多步观测,消除升沉运动的随机漂移和相位超前;进而结合UKF多步观测值和观测残差训练BP预测模型,通过预测的残差来实时修正多步观测器的观测值,提高测量精度。Stewart平台试验表明,本文测量方法解决了实时检测中船舶升沉运动的漂移和相位超前问题,测量精度可达90%。

海道测量定位中心的升沉研究

在揭示测量升沉与总升沉存在差异的基础上,建立了GPS定位中心的诱导升沉模型。结合GPSRTK和姿态数据对模型进行了验证,分析了诱导升沉模型的精度和影响因素。数值计算表明,GPS定位中心的诱导升沉可达到dm级的量值,其变化影响着定位中心在垂向位置的归算。相对于横纵摇的测量精度而言,定位中心偏移值的测量精度对诱导升沉和总升沉的精度影响程度更大。