船舶工程

抗横纵荡影响的船用MEMS动态倾角仪算法

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孟跃 ¹ , 邹锐 ¹ , 刘伟 ¹ , 王世强 ² , 王昕懿 ¹ , 朱锦成 ¹

船舶工程 | 船舶电气、探通导设备及自动控制 2026,48(3): 117-123

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船舶工程 | 船舶电气、探通导设备及自动控制 2026, 48(3): 117-123

抗横纵荡影响的船用MEMS动态倾角仪算法

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孟跃¹, 邹锐¹, 刘伟¹, 王世强², 王昕懿¹, 朱锦成¹

作者信息

^1．中船航海科技有限责任公司，北京　100070

^2．中海辉固地学服务（深圳）有限公司，广东深圳　518054

孟跃（1992—），女，博士、高级工程师。研究方向：船用导航技术。

Algorithm of Marine MEMS Dynamic Inclinometer Resistant to Effect of Sway and Surge

Yue MENG¹, Rui ZOU¹, Wei LIU¹, Shiqiang WANG², Xinyi WANG¹, Jincheng ZHU¹

Affiliations

^1.CSSC Marine Technology Co., Ltd., Beijing 100070, China

^2.China Offshore Fugro Geosolutions (Shenzhen) Co., Ltd., Shenzhen 518054, Guangdong, China

出版时间: 2026-03-25 doi: 10.13788/j.cnki.cbgc.2026.03.13

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摘要

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［目的］

为将微机电系统（MEMS）惯性测量单元构建的动态倾角仪更好地应用于船舶，克服系泊状态下横荡与纵荡运动即周期几秒至几十秒的加速度变化对倾角仪测量精度的显著影响，

［方法］

研究相应条件下的倾角仪算法：利用陀螺测量数据进行姿态四元数更新，并获得隔离水平姿态角影响的水平加速度计测量值；在此基础上，通过误差分析与横纵荡影响分析，对水平加速度计测量值进行无时延低通滤波；以水平加速度计测量值的低频分量作为卡尔曼滤波器的观测量，以水平姿态误差和角速度测量误差为状态量，进行卡尔曼滤波与姿态闭环校正，从而使MEMS动态倾角仪在船舶系泊状态下长时间保持测量精度。

［结果］

利用某型MEMS动态倾角仪开展横荡/纵荡试验，在加速度幅值达到0.8g的横荡/纵荡条件下，其测量精度达到0.2°（1σ），

［结论］

验证所提算法的有效性。

关键词

低通滤波 / 卡尔曼滤波 / 动态倾角仪 / 横荡纵荡

Abstract

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[Purpose]

In order to apply the dynamic inclinometers based on low-cost micro electro mechanical systems (MEMS) inertial measurement units to ships conviniently, it is necessary to overcome the significant impact of the ship sway and surge motion in moored condition, which are periodic acceleration changes of several seconds to tens of seconds, on inclinometer measurements.

[Method]

The algorithm for inclinometers in the situation is studied. Gyroscope measurements are used for attitude quaternion update. Then the horizontal accelerometer measurement values without the effects of roll and pitch are obtained. On this basis, the error analysis and impact analysis of sway and surge is carried out. The horizontal accelerometer measurement values are put through a low-pass filter with zero-phase-delay. Then Kalman filtering is performed using the low frequency component of horizontal accelerometer measurement values as the observation of the Kalman filter, and horizontal attitude errors and angular velocity measurement errors as state variables. Attitude closed-loop correction is conducted to make the MEMS dynamic inclinometer keeping the expected accuracy in a long time when the ship is moored.

[Result]

An experiment is conducted using a certain type of MEMS dynamic inclinometer to validate the algorithm of reducing the effect of sway and surge. The measurement accuracy reached 0.2°(1σ) with an acceleration amplitude of 0.8g in the experiment,

[Conclusion]

verifying the effectiveness of the algorithm. Key words: low pass filter; Kalman filter; dynamic inclinometer; sway and surge

引用本文

孟跃, 邹锐, 刘伟, 王世强, 王昕懿, 朱锦成. 抗横纵荡影响的船用MEMS动态倾角仪算法. 船舶工程, 2026 , 48 (3) : 117 -123 . DOI: 10.13788/j.cnki.cbgc.2026.03.13

Yue MENG, Rui ZOU, Wei LIU, Shiqiang WANG, Xinyi WANG, Jincheng ZHU. Algorithm of Marine MEMS Dynamic Inclinometer Resistant to Effect of Sway and Surge[J]. Ship Engineering, 2026 , 48 (3) : 117 -123 . DOI: 10.13788/j.cnki.cbgc.2026.03.13

参考文献

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2026年第48卷第3期

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文章信息

doi: 10.13788/j.cnki.cbgc.2026.03.13

接收时间：2025-03-26
首发时间：2026-04-24
出版时间：2026-03-25

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作者

出版历史

收稿日期：2025-03-26
修回日期：2025-06-21

基金

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^1．中船航海科技有限责任公司，北京　100070

^2．中海辉固地学服务（深圳）有限公司，广东深圳　518054

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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