[发明专利]一种基于实时差分定位技术的软刚臂系泊浮体姿态测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于实时差分定位技术的软刚臂系泊浮体姿态测量系统，其特征在于，该系统包括基准站、三个以上的移动站以及四个以上的卫星接收机，所述的软刚臂包括系泊腿(5)、系泊臂(6)和压载舱(7)；所述的卫星接收机内部设有卫星接收机天线以及数传电台；卫星接收机A(1)与其下端连接的基准站位于单点平台(9)上端正中心处；卫星接收机B(2)、卫星接收机C(3)分别位于对称设置的系泊腿(5)正上方的系泊支架(8)顶端；卫星接收机D(4)位于浮体(10)上方与卫星接收机B(2)、卫星接收机C(3)不在同一条直线上，所述每个卫星接收机的下端皆连接一个移动站；系泊腿(5)通过压载舱(7)与系泊臂(6)相连，系泊臂(6)固定在单点平台(9)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时差分定位技术的软刚臂系泊浮体姿态测量系统，其特征在于，当浮体上方只有一个卫星接收机时，该卫星接收机位于浮体上端的中轴线位置处；当浮体上方设置多于一个卫星接收机时，浮体上方的卫星接收机与卫星接收机B(2)、卫星接收机C(3)，任意三个都不在一条直线上。

3.权利要求1或2所述的基于实时差分定位技术的软刚臂系泊浮体姿态测量系统的测量方法，其特征在于，该方法基于不共线的三点确定同一个平面，通过汇总卫星接收机A、B、C的位置数据，测量软刚臂的空间状态；通过汇总卫星接收机B、C以及浮体上卫星接收机的位置数据，测量浮体六个自由度运动状态，即横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡状态。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：首先将基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到卫星信号的差分改正值，然后将该改正值实时地通过无线电数据链传递给移动站以精化其卫星观测值，从而得到经差分修正后更加精确的移动站实时位置，最后将所有的基准站、移动站所接收的数据汇总为一个数据链传输到浮体中控室主机上并通过数学计算确定浮体的实时姿态；其中，所有的基准站、移动站同步采集相对应卫星接收机所接收的数据，采集频率在1Hz以上。

5.根据权利要求3或4所述的测量方法，其特征在于，测量浮体六个自由度运动状态的具体方法如下：

定义浮体的艏艉线，即一条通过卫星接收机B、C中点k坐标与浮体顶端中轴线位置处的卫星接收机的直线m；定义软刚臂轴线，即一条通过卫星接收机B、C中点k与卫星接收机A的直线n；定义笛卡尔坐标系，选取初始状态下软刚臂轴线为y轴，沿单点平台方向为y轴正方向；平行海平面且垂直y轴的直线为x轴；垂直xy轴所成平面的直线为z轴；各坐标轴正方向由右手定则确定；

1)横摇：定位初始状态卫星接收机B与卫星接收机C的位置，得到两个接收机的空间坐标并确定一条直线l；横摇时，通过定位发生运动后的卫星接收机B与卫星接收机C的位置，得到两个卫星接收机的空间坐标并确定一条直线l'，沿z轴实时计算直线l、l'之间的夹角，即浮体的横摇角；

2)纵摇：定位初始状态艏艉线m的空间位置；纵摇时，通过定位发生运动后的卫星接收机B、C与浮体顶端中轴线位置处的卫星接收机的空间坐标，确定纵摇发生时的艏艉线m'，沿z坐标分量实时计算直线m、m'之间的夹角，即浮体的纵摇角；

3)艏摇：定位初始状态艏艉线m的空间位置；艏摇时，实时计算xy轴平面上的相对变化角度，即浮体的艏摇角；定位初始状态软刚臂轴线n的空间位置，艏摇时，实时计算该两条直线m、n在xy轴平面上的相对变化角度，即浮体相对软刚臂的相对艏摇角；

4)横荡：在分析浮体相对艏摇角的基础上，得到相对艏摇角的sin值；通过准确定位得到横荡时卫星接收机A、B、C的空间坐标确定软刚臂轴线n'，实时计算软刚臂轴线距离d，将d乘以相对艏摇角的sin值，即浮体的相对横荡；

5)纵荡：定位初始状态软刚臂轴线距离d的y坐标分量，纵荡时，软刚臂轴线距离d'的y坐标分量减去初始d的y坐标分量，即浮体的纵荡；

6)垂荡：根据卫星接收机B、C与浮体顶端中轴线位置处的卫星接收机的空间坐标关系，通过数学算法求出浮体中点处z坐标分量；垂荡时，实时计算运动后浮体中点处z坐标分量减去初始z坐标分量，即浮体的垂荡。