CN112649023A - 适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法，包括：步骤1、准备所需设备；步骤2、建立船体要求，即待安装船体应具备艏艉线标志或能根据结构确定艏艉线标志，且船体四面标有吃水线；步骤3、选择标校环境：包括标校天气、标校风向和标校位置；步骤4、安装设备；步骤5、船体调平；步骤6、测量数据；步骤7、按照步骤6重复测量，然后捷联惯型导航系统断电重启，重复步骤6、7两次；步骤8、依据步骤6和7获得的信息数据，计算安装误差：包括艏向安装误差ΔH、横摇安装误差ΔR、纵摇安装误差ΔP；步骤9、计算安装误差补偿值；步骤10、完成安装标校。本发明设计合理、操作性强、实施成本低。
Description
技术领域
本发明属于惯性捷联惯性导航系统安装标校技术领域，具体涉及适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法。
背景技术
捷联惯性导航系统是一种通过固联到船体上的惯性传感器在计算机内的建立数学稳定平台，并基于初始姿态和初始位置、初始速度来推算舰船方位、位置等参数的自主推算导航系统。捷联惯性导航系统安装到船体上时需要进行安装标校，测出零位间的偏差，调整到完全一致或对安装误差进行数学补偿，使得惯导坐标系与载体坐标系重合，输出舰船相关运动参数。传统安装标校方法按停泊的状态可分为静态标校和动态标校，使用经纬仪、陀螺经纬仪配合船体艏艉线进行方位标校，使用电子水平仪、象限仪配合船体基准平台进行水平标校，存在占用船舶坞期、对船体基准要求高、使用设备较为昂贵、标校流程复杂、对标校环境要求高等问题。
随着捷联惯性导航系统技术日益成熟以及以无人艇为代表的中小型船舶飞速发展，中小型船舶也开始装备捷联惯性导航系统用于航迹控制、稳定平台控制及辅助海洋测量设备等领域。但中小型船舶建造时船体缺乏水平基准，临时加装惯导设备情况多，无力承担传统安装标校方法的时间、场地、设备成本，亟需一种适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计合理、操作性强、实施成本低的适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法，包括以下步骤：
步骤1、准备所需设备：包括双天线GNSS接收机和分离式天线，天线带定位基座，艏向精度优于0.1m/2m基线，双天线GNSS接收机具备PPS秒脉冲输出功能；
步骤2、建立船体要求，即待安装船体应具备艏艉线标志或能根据结构确定艏艉线标志，且船体四面标有吃水线；
步骤3、选择标校环境：包括标校天气、标校风向和标校位置；
步骤4、安装设备，包括如下步骤：
4.1将捷联惯性导航系统安装到船体预定位置，将双天线GNSS接收机PPS秒脉冲信号连接到捷联惯性导航系统，调试完毕，使双天线GNSS接收机与捷联惯性导航系统可正常工作；
4.2根据船体艏艉线标志使用拉线标出船体艏艉线；
4.3将前GNSS天线安装到船体前部艏艉线上，将后GNSS天线安装到船体后部艏艉线上；
步骤5、船体调平，具体为：船舶下水，通过压载调整船舶水平姿态，使得船舶四周吃水线与水面平行，根据船舶设计图计算出船舶此时的真实横摇Rt、纵摇Pt；
步骤6、测量数据，具体为：运行双天线GNSS接收机，使用双天线GNSS接收机配套软件录取双天线GNSS接收机输出的艏向信息HGij，同时通过GNSS接收机PPS秒脉冲激励捷联惯性导航系统同步输出姿态信息，使用捷联惯性导航系统配套软件录取捷联惯性导航系统输出的艏向信息HIij、横摇信息RIij、纵摇信息PIij，每5s记录一组数据，共测量12组数据；
步骤7、按照步骤6重复测量，然后捷联惯型导航系统断电重启，重复步骤6、7两次；
步骤8、依据步骤6和7获得的信息数据，计算安装误差：包括艏向安装误差ΔH、横摇安装误差ΔR、纵摇安装误差ΔP。采用如下公式：
式中：
1)ΔH为惯性导航系统的艏向安装误差；
2)ΔR横摇安装误差；
3)ΔP纵摇安装误差；
4)HGij为双天线GNSS接收机第i次测量的第j个艏向；
5)HIij为惯性导航系统第i次测量的第j个艏向；
6)Rt惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
7)RIij惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
8)Pt惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
9)PIij惯性导航系统第i次测量的第j个纵摇。
步骤9、计算安装误差补偿值，采用如下公式：
式中：
1)Hb为惯性导航系统的艏向安装误差补偿值；
2)ΔH为惯性导航系统的艏向安装误差；
3)Rb为惯性导航系统的横摇安装误差补偿值；
4)ΔR惯性导航系统的横摇安装误差；
5)Pb为惯性导航系统的纵摇装误差补偿值；
6)ΔP惯性导航系统的纵摇安装误差。
步骤10、完成安装标校，具体的，将步骤9计算出的补偿值装订进入捷联惯性导航系统完成安装标校。
进一步的：步骤3中的标校天气为：选择风力较小、风浪较小的天气进行标校；标校风向为：风从停靠码头一侧刮来为佳；标校位置为：安排低平潮船舶位置较低时进行标校。
本发明具有的优点和积极效果：
本发明使用双天线GNSS接收机借助船体艏艉线标志、吃水线实现安装标校，设计合理、操作性强、实施成本低，实测结果表明可以实现捷联惯性导航系统在中小型舰船的安装标校，满足了使用需求。
附图说明
图1是本发明在俯视角度的安装标校示意图；
图2是本发明在侧视角度的安装标校示意图；
图3是本发明在前视和后视角度的安装标校示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
步骤1、准备所需设备：包括双天线GNSS接收机和分离式天线，天线带定位基座，艏向精度优于0.1m/2m基线(指的是两个天线间的长度)，双天线GNSS接收机具备PPS秒脉冲输出功能；
步骤2、建立船体要求，即待安装船体应具备艏艉线标志或能根据结构确定艏艉线标志，且船体四面标有吃水线，包括前吃水线8、后吃水线7和位于两侧的侧吃水线6；
步骤3、选择标校环境：包括标校天气、标校风向和标校位置；标校天气优选为：选择风力较小、风浪较小的天气进行标校；标校风向优选为：风从停靠码头一侧刮来为佳；标校位置优选为：安排低平潮船舶位置较低时进行标校。
步骤4、安装设备，包括如下步骤：
4.1将捷联惯性导航系统安装到船体1预定位置，将双天线GNSS接收机PPS秒脉冲信号连接到捷联惯性导航系统，调试完毕，使双天线GNSS接收机与捷联惯性导航系统可正常工作；
4.2根据船体艏艉线标志使用拉线标出船体艏艉线3；
4.3将前GNSS天线2安装到船体前部艏艉线上，将后GNSS天线4安装到船体后部艏艉线上；
步骤5、船体调平，具体为：船舶下水，通过压载调整船舶水平姿态，使得船舶四周吃水线与水面5平行，根据船舶设计图计算出船舶此时的真实横摇Rt、纵摇Pt；
步骤6、测量数据，具体为：运行双天线GNSS接收机，使用双天线GNSS接收机配套软件录取双天线GNSS接收机输出的艏向信息HGij，同时通过GNSS接收机PPS秒脉冲激励捷联惯性导航系统同步输出姿态信息，使用捷联惯性导航系统配套软件录取捷联惯性导航系统输出的艏向信息HIij、横摇信息RIij、纵摇信息PIij，每5s记录一组数据，共测量12组数据；
步骤7、按照步骤6重复测量，然后捷联惯型导航系统断电重启，重复步骤6、7两次；
步骤8、依据步骤6和7获得的信息数据，计算安装误差：包括艏向安装误差ΔH、横摇安装误差ΔR、纵摇安装误差ΔP。采用如下公式：
式中：
1)ΔH为惯性导航系统的艏向安装误差；
2)ΔR横摇安装误差；
3)ΔP纵摇安装误差；
4)HGij为双天线GNSS接收机第i次测量的第j个艏向；
5)HIij为惯性导航系统第i次测量的第j个艏向；
6)Rt惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
7)RIij惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
8)Pt惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
9)PIij惯性导航系统第i次测量的第j个纵摇。
步骤9、计算安装误差补偿值，采用如下公式：
式中：
1)Hb为惯性导航系统的艏向安装误差补偿值；
2)ΔH为惯性导航系统的艏向安装误差；
3)Rb为惯性导航系统的横摇安装误差补偿值；
4)ΔR惯性导航系统的横摇安装误差；
5)Pb为惯性导航系统的纵摇装误差补偿值；
6)ΔP惯性导航系统的纵摇安装误差。
步骤10、完成安装标校，具体的，将步骤9计算出的补偿值装订进入捷联惯性导航系统完成安装标校。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (2)
1.一种适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法，包括以下步骤：
步骤1、准备所需设备：包括双天线GNSS接收机和分离式天线，天线带定位基座，艏向精度优于0.1m/2m基线，双天线GNSS接收机具备PPS秒脉冲输出功能；
步骤2、建立船体要求，即待安装船体应具备艏艉线标志或能根据结构确定艏艉线标志，且船体四面标有吃水线；
步骤3、选择标校环境：包括标校天气、标校风向和标校位置；
步骤4、安装设备，包括如下步骤：
4.1将捷联惯性导航系统安装到船体预定位置，将双天线GNSS接收机PPS秒脉冲信号连接到捷联惯性导航系统，调试完毕，使双天线GNSS接收机与捷联惯性导航系统可正常工作；
4.2根据船体艏艉线标志使用拉线标出船体艏艉线；
4.3将前GNSS天线安装到船体前部艏艉线上，将后GNSS天线安装到船体后部艏艉线上；
步骤5、船体调平，具体为：船舶下水，通过压载调整船舶水平姿态，使得船舶四周吃水线与水面平行，根据船舶设计图计算出船舶此时的真实横摇Rt、纵摇Pt；
步骤6、测量数据，具体为：运行双天线GNSS接收机，使用双天线GNSS接收机配套软件录取双天线GNSS接收机输出的艏向信息HGij，同时通过GNSS接收机PPS秒脉冲激励捷联惯性导航系统同步输出姿态信息，使用捷联惯性导航系统配套软件录取捷联惯性导航系统输出的艏向信息HIij、横摇信息RIij、纵摇信息PIij，每5s记录一组数据，共测量12组数据；
步骤7、按照步骤6重复测量，然后捷联惯型导航系统断电重启，重复步骤6、7两次；
步骤8、依据步骤6和7获得的信息数据，计算安装误差：包括艏向安装误差ΔH、横摇安装误差ΔR、纵摇安装误差ΔP。采用如下公式：
式中：
1)ΔH为惯性导航系统的艏向安装误差；
2)ΔR横摇安装误差；
3)ΔP纵摇安装误差；
4)HGij为双天线GNSS接收机第i次测量的第j个艏向；
5)HIij为惯性导航系统第i次测量的第j个艏向；
6)Rt惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
7)RIij惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
8)Pt惯性导航系统第i次测量的第j个横摇；
9)PIij惯性导航系统第i次测量的第j个纵摇。
步骤9、计算安装误差补偿值，采用如下公式：
式中：
1)Hb为惯性导航系统的艏向安装误差补偿值；
2)ΔH为惯性导航系统的艏向安装误差；
3)Rb为惯性导航系统的横摇安装误差补偿值；
4)ΔR惯性导航系统的横摇安装误差；
5)Pb为惯性导航系统的纵摇装误差补偿值；
6)ΔP惯性导航系统的纵摇安装误差。
步骤10、完成安装标校，具体的，将步骤9计算出的补偿值装订进入捷联惯性导航系统完成安装标校。
2.根据权利要求1所述的适用于中小型船舶捷联惯性导航系统安装标校的方法，其特征在于：步骤3中的标校天气为：选择风力较小、风浪较小的天气进行标校；标校风向为：风从停靠码头一侧刮来为佳；标校位置为：安排低平潮船舶位置较低时进行标校。
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