將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè)控設(shè)備處的船搖等效方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè)控設(shè)備處的船搖等效方法，所述方法包括以下步驟：根據(jù)慣導(dǎo)測(cè)量的船搖數(shù)據(jù)和慣導(dǎo)三軸交點(diǎn)在地心固聯(lián)系下的大地坐標(biāo)以及慣導(dǎo)平臺(tái)至測(cè)控設(shè)備間變形歐拉角計(jì)算經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩陣、緯度旋轉(zhuǎn)矩陣、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣和變形歐拉角矩陣；根據(jù)設(shè)備三軸中心在慣導(dǎo)甲板系中坐標(biāo)以及經(jīng)度、緯度、船搖三種旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下坐標(biāo)；根據(jù)設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下直角坐標(biāo)計(jì)算其大地坐標(biāo)；根據(jù)設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下大地坐標(biāo)計(jì)算設(shè)備的經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩陣和緯度旋轉(zhuǎn)矩陣；計(jì)算設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣；計(jì)算設(shè)備的船搖數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】
將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè)控設(shè)備處的船搖等效方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種船搖等效方法，主要用于將慣導(dǎo)設(shè)備測(cè)量的船搖數(shù)據(jù)通過(guò)變形修 正，等效計(jì)算到各個(gè)測(cè)控設(shè)備處。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天測(cè)量船在海上航行過(guò)程中因受風(fēng)、浪、涌等多種因素的影響，會(huì)引起船體姿態(tài) 發(fā)生復(fù)雜、不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。安裝在船體甲板上的各種測(cè)量設(shè)備，同樣受到這種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的 影響。研究表明：測(cè)量船的測(cè)量精度不僅與外測(cè)設(shè)備本身精度有關(guān)，而且與測(cè)量船船體姿 態(tài)、變形有關(guān)。為修正這種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響，測(cè)量船安裝了船載慣性導(dǎo)航設(shè)備 用于實(shí)時(shí)測(cè)量測(cè)量船船位及船搖。由于慣導(dǎo)設(shè)備測(cè)量的是慣導(dǎo)三軸交點(diǎn)處的船體搖擺角， 而測(cè)控設(shè)備三軸中心與慣導(dǎo)三軸中心不在同一位置，慣導(dǎo)測(cè)量的船搖角不能直接使用于測(cè) 控設(shè)備船搖修正。因此在處理測(cè)量設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)或計(jì)算測(cè)控設(shè)備引導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)必須將慣導(dǎo)測(cè) 量的船搖數(shù)據(jù)通過(guò)變形修正，等效計(jì)算到各個(gè)測(cè)控設(shè)備處。另外，如果測(cè)量船在不同位置安 裝多套船姿測(cè)量設(shè)備，在分析不同設(shè)備間船姿測(cè)量結(jié)果時(shí)，也需要將一套慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等 效到另一套慣導(dǎo)設(shè)備處。船搖等效計(jì)算是多套船姿測(cè)量數(shù)據(jù)融合備份使用、不同測(cè)控設(shè)備 精度比對(duì)的前提。
[0003] 當(dāng)前船搖等效計(jì)算時(shí)一般采用平移法。該方法認(rèn)為設(shè)備地平坐標(biāo)系與慣導(dǎo)地平坐 標(biāo)系坐標(biāo)軸指向相同，即設(shè)備三軸中心水平面與慣導(dǎo)三軸交點(diǎn)水平面為同一平面。事實(shí)上， 由于地球形狀的影響，對(duì)于參考橢球體表面的不同位置，水平面都不相同，因此設(shè)備地平坐 標(biāo)系與慣導(dǎo)地平坐標(biāo)系坐標(biāo)軸指向存在差異。平移法計(jì)算船搖等效必然帶來(lái)了較大的誤 差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種考慮地球形狀的船搖 等效計(jì)算法，可以顯著提高船搖等效精度，進(jìn)而提高外測(cè)數(shù)據(jù)精度。
[0005] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè) 控設(shè)備處的船搖等效方法，所述方法包括以下步驟： 步驟A、根據(jù)慣導(dǎo)測(cè)量的船搖數(shù)據(jù)Κ,?Ρ, 6和慣導(dǎo)三軸交點(diǎn)在地心固聯(lián)系下的大地坐標(biāo) 本以及慣導(dǎo)平臺(tái)至測(cè)控設(shè)備間變形歐拉角(1^肩為)計(jì)算經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩陣￡、煒度旋轉(zhuǎn) 矩陣5、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣戽和變形歐拉角矩陣爲(wèi)，其中為艏搖，識(shí)為縱搖，右為橫搖，a為經(jīng)度， 逆為煒度，A為高程，

步驟B、根據(jù)測(cè)控設(shè)備三軸中心在慣導(dǎo)甲板系中坐標(biāo)以及經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩 陣￡、緯度旋轉(zhuǎn)矩陣S、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣矣計(jì)算設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下坐標(biāo) Y^LBB^+Y (5) 其中
，e2_為參考橢球體第一偏心率的平方， β 為地球赤道半徑； 步驟C、根據(jù)測(cè)控設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下直角坐標(biāo)十算其大地坐標(biāo)(屯珂Λ)， 計(jì)算公式為
步驟D、根據(jù)測(cè)控設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下大地坐標(biāo)計(jì)算設(shè)備的經(jīng)度旋 轉(zhuǎn)矩陣4:、煒度旋轉(zhuǎn)矩陣邳，計(jì)算公式為
步驟Ε、計(jì)算測(cè)控設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣，計(jì)算公式為： = (9)； 步驟F、根據(jù)測(cè)控設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣計(jì)算測(cè)控設(shè)備的船搖數(shù)據(jù)其
，計(jì)算公式為
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 理論分析和數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明，考慮地球形狀能夠減少船搖等效計(jì)算過(guò)程中的系統(tǒng)誤差， 提高等效數(shù)據(jù)的精度，這將為測(cè)量船的船搖數(shù)據(jù)計(jì)算以及外測(cè)數(shù)據(jù)處理的精度提高提供支 持。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為本發(fā)明中船位經(jīng)度等效船搖的影響仿真圖。
[0008] 圖2為本發(fā)明中船位煒度等效船搖的影響仿真圖。
[0009] 圖3為本發(fā)明中船位高程等效船搖的影響仿真圖。
[0010] 圖4為本發(fā)明中測(cè)控設(shè)備視差對(duì)等效船搖的影響仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0012]本實(shí)施例中的一種將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè)控設(shè)備處的船搖等效方法，其 具體過(guò)程如下： 步驟A、根據(jù)慣導(dǎo)測(cè)量的船搖數(shù)據(jù)K,與0和慣導(dǎo)三軸交點(diǎn)在地心固聯(lián)系下的大地坐標(biāo) (?肩·以及慣導(dǎo)平臺(tái)至測(cè)控設(shè)備間變形歐拉角計(jì)算經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩陣￡、煒度旋轉(zhuǎn) 矩陣5、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣藎和變形歐拉角矩陣瑪，其中sc為艏搖，供為縱搖，s為橫搖，：^為經(jīng) 度，為煒度，力為高程，
步驟B、根據(jù)測(cè)控設(shè)備三軸中心在慣導(dǎo)甲板系中坐以及經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩
陣乙、緯度旋轉(zhuǎn)矩陣5、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣:?計(jì)算設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下坐標(biāo) Y^LBB^+Y (5) 其中
e_2為參考橢球體第一偏心率的平方，為 地球赤道半徑。
[0013]步驟C、根據(jù)設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下直角坐標(biāo)iU十算其大地坐標(biāo)(4與為）， 計(jì)算公式為
步驟D、根據(jù)測(cè)控設(shè)備三軸中心在地心固聯(lián)系下大地坐標(biāo)計(jì)算設(shè)備的經(jīng)度旋 轉(zhuǎn)矩陣4、煒度旋轉(zhuǎn)矩陣緝，計(jì)算公式為
步驟Ε、計(jì)算測(cè)控設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣考^，計(jì)算公式為：
步驟F、根據(jù)測(cè)控設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣I計(jì)算測(cè)控設(shè)備的船搖數(shù)據(jù)其
，則計(jì)算公式為
本發(fā)明提供的一種將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè)控設(shè)備處的船搖等效方法，消除了 地球形狀對(duì)船搖等效計(jì)算的誤差，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算各測(cè)控設(shè)備處的船搖數(shù)據(jù)，對(duì)于提高測(cè) 量船的外測(cè)數(shù)據(jù)處理精度具有重要的意義。
[0014] 采用上述方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，表1是兩種等效船搖方法計(jì)算偏差比較結(jié)果，可以看 出，利用本文提出的方法進(jìn)行船搖等效，并將測(cè)量系數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至地心固聯(lián)系時(shí)處理精 度更高。
[0015] 表2是等效船搖方法誤差對(duì)定軌結(jié)果影響結(jié)果，可以看出等效船搖誤差對(duì)初軌半 長(zhǎng)軸誤差影響從64.5米到1512.9米，若進(jìn)行高精度軌道計(jì)算，等效船搖誤差不容忽視。
[0016] 圖1至圖4是為分析地球形狀對(duì)船搖等效的影響，本文仿真不同條件下使用平移法 和本文的船搖等效方法得到的等效船搖數(shù)據(jù)差異。上述仿真數(shù)據(jù)可以看出，等效船搖誤差 與船位經(jīng)度、高程幾乎無(wú)關(guān)，與設(shè)備視差呈線性關(guān)系;在低煒度地區(qū)，對(duì)縱搖誤差影響較大， 在高煒度地區(qū)，對(duì)艏搖誤差影響較大;航向?yàn)闁|西向時(shí)，對(duì)艏搖誤差影響較大，航向?yàn)槟媳?向時(shí)，對(duì)艏搖誤差影響較小。
[0017]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換 方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種將測(cè)量船慣導(dǎo)船搖數(shù)據(jù)等效至測(cè)控設(shè)備處的船搖等效方法，其特征在于:所述 方法包括W下步驟： 步驟A、根據(jù)慣導(dǎo)測(cè)量的船搖數(shù)據(jù)K，與9和慣導(dǎo)Ξ軸交點(diǎn)在地屯、固聯(lián)系下的大地坐標(biāo) 林與知擬及慣導(dǎo)平臺(tái)至測(cè)控設(shè)備間變形歐拉角(取，稱，馬)計(jì)算經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩陣正、締度旋轉(zhuǎn) 矩陣毋、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣聲和變形歐拉角矩陣瑪，其中捉為臘搖，與為縱搖，巧為橫搖，為經(jīng)度， 為締度，為高程，步驟B、根據(jù)測(cè)控設(shè)備Ξ軸中必在慣導(dǎo)甲板系中坐標(biāo):為，風(fēng)，及經(jīng)度旋轉(zhuǎn)矩陣 亞、締度旋轉(zhuǎn)矩陣毋、船搖旋轉(zhuǎn)矩陣霉計(jì)算設(shè)備Ξ軸中屯、在地屯、固聯(lián)系下坐標(biāo)(5) 其中,g2為參考楠球體第一偏屯、率的平方，口為 地球赤道半徑； 步驟C、根據(jù)測(cè)控設(shè)備Ξ軸中屯、在地屯、固聯(lián)系下直角坐標(biāo)巧計(jì)算其大地坐標(biāo)(沁巧Λ)， 計(jì)算公式為(6); 步驟D、根據(jù)測(cè)控設(shè)備Ξ軸中屯、在地屯、固聯(lián)系下大地坐標(biāo)(卻，巧，卻)計(jì)算設(shè)備的經(jīng)度旋轉(zhuǎn) 矩陣句、締度旋轉(zhuǎn)矩陣馬，計(jì)算公式為步驟E、計(jì)算測(cè)控設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣馬1，計(jì)算公式為：(9); 步驟F、根據(jù)測(cè)控設(shè)備等效船搖歐拉角矩陣巧1計(jì)算測(cè)控設(shè)備的船搖數(shù)據(jù)(Ki，巧，巧)，其中
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK106092100SQ201610392497
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開(kāi)號(hào)201610392497.5, CN 106092100 A, CN 106092100A, CN 201610392497, CN-A-106092100, CN106092100 A, CN106092100A, CN201610392497, CN201610392497.5
【發(fā)明人】侯亞威, 李永剛, 周錦標(biāo), 胡上成, 郭力兵, 吳金美, 張煜昕, 王恒, 李生平, 汪毅
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63680部隊(duì)