本文關鍵詞：基于卡爾曼濾波技術的船舶橫搖預測方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 艦船在海面上航行時,由于受到海浪、海風和洋流等海洋環(huán)境擾動的作用,會產生首搖、橫搖、縱搖、升沉等各種搖蕩。搖蕩會影響艦船的安全航行,特別是當艦船作戰(zhàn)時,船上的火炮系統(tǒng)、雷達跟蹤系統(tǒng)、精密儀器等對艦船的穩(wěn)定性有不同程度上的要求。艦載穩(wěn)定平臺在艦船上被廣泛應用,用來滿足不同設備對船舶穩(wěn)定性的要求。對穩(wěn)定平臺進行實時控制時,必須先對艦船運動姿態(tài)進行短時預測,根據(jù)預測出的搖角對穩(wěn)定平臺進行控制。所以對艦船運動姿態(tài)進行短時預測變得尤為重要。 本文以艦載穩(wěn)定平臺的預測控制為研究背景,基于卡爾曼濾波理論,對船舶姿態(tài)的預測方法進行了深入的研究。并針對某型船只的具體參數(shù),在給定四級海況下進行了船舶橫搖運動姿態(tài)預測仿真。首先,根據(jù)船舶橫搖運動姿態(tài)預測總體方案,研究了隨機海浪仿真模型,得到了給定海況下的海浪波傾角仿真曲線。建立了某型船只的橫搖運動模型,并根據(jù)海浪波傾角,得到了船舶橫搖角的仿真曲線。其次,基于微機電系統(tǒng)陀螺儀設計了船舶橫搖運動角速度測量系統(tǒng)。最后,對測量噪聲和海浪干擾進行了相應白化處理,針對處理后的擴充維數(shù)狀態(tài)方程,推導了船舶姿態(tài)預測算法。對某型船只在四級海況下的橫搖運動進行了半物理仿真,應用卡爾曼濾波理論對船舶姿態(tài)進行預測仿真,并分析了預測誤差。 通過分析預測誤差可知,用卡爾曼濾波算法對船舶橫搖運動姿態(tài)進行預測是可行的,預測精度可以滿足艦載穩(wěn)定平臺的預測控制的精度要求,同時也可以滿足部分船上設備實時控制的要求。本文對船舶橫搖運動姿態(tài)的預測方法具有普遍性,可供研究船舶其他運動姿態(tài)估計和預報問題作參考。
【關鍵詞】：船舶姿態(tài)預測 卡爾曼濾波 船舶橫搖 微機電系統(tǒng)陀螺儀
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：U664.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 船舶姿態(tài)預測在國內外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 卡爾曼濾波技術發(fā)展現(xiàn)狀及應用17-19
• 1.4 課題研究的主要內容19-20
• 第2章 船舶橫搖運動預測總體分析20-41
• 2.1 橫搖運動預測總體方案設計20-23
• 2.1.1 總體方案制定20-21
• 2.1.2 方案的具體實施過程21-23
• 2.2 隨機海浪的仿真模型研究23-32
• 2.2.1 隨機海浪統(tǒng)計特性24-25
• 2.2.2 隨機海浪譜分解25-26
• 2.2.3 海浪波傾角的仿真模型26-29
• 2.2.4 海浪波傾角的仿真曲線29-32
• 2.3 船舶橫搖運動模型32-38
• 2.3.1 船舶搖蕩運動理論32-33
• 2.3.2 船舶橫搖運動模型的建立33-37
• 2.3.3 船舶橫搖模型的狀態(tài)空間描述37-38
• 2.4 船舶橫搖角仿真曲線38-40
• 2.5 本章小結40-41
• 第3章 橫搖角速度測量系統(tǒng)設計41-55
• 3.1 船舶橫搖運動的測量41-42
• 3.2 角速度陀螺儀電路設計及調試42-47
• 3.2.1 硬件電路設計42-45
• 3.2.2 軟件設計45
• 3.2.3 標定方法45-47
• 3.3 數(shù)據(jù)預處理47-54
• 3.3.1 數(shù)據(jù)解碼47-49
• 3.3.2 剔除野值49-53
• 3.3.3 角度計算53-54
• 3.4 本章小結54-55
• 第4章 船舶橫搖姿態(tài)預測算法研究55-70
• 4.1 陀螺儀隨機漂移誤差分析和建模55-58
• 4.1.1 陀螺漂移誤差統(tǒng)計特征描述55-56
• 4.1.2 陀螺漂移誤差模型56-58
• 4.2 海浪干擾的白化處理58-60
• 4.3 卡爾曼濾波算法的演變60-66
• 4.3.1 標準卡爾曼濾波算法60-63
• 4.3.2 擴展系統(tǒng)維數(shù)的卡爾曼濾波算法63-66
• 4.4 橫搖運動姿態(tài)預測模型及算法66-69
• 4.4.1 船舶姿態(tài)預測的一般步驟66
• 4.4.2 實船橫搖運動姿態(tài)預測模型66-68
• 4.4.3 橫搖運動姿態(tài)預測算法68-69
• 4.5 本章小結69-70
• 第5章 實驗調試與半物理仿真70-83
• 5.1 總體方案制定70-72
• 5.2 實驗設備連接及調試72-75
• 5.2.1 主要實驗設備介紹72-73
• 5.2.2 設備之間的連接73-74
• 5.2.3 軟件安裝與參數(shù)設定74-75
• 5.3 數(shù)據(jù)采集與橫搖角預測仿真75-78
• 5.3.1 陀螺儀的實驗標定75-77
• 5.3.2 采集數(shù)據(jù)及處理77-78
• 5.4 預測仿真及誤差分析78-81
• 5.4.1 預測仿真78-79
• 5.4.2 誤差分析79-81
• 5.5 本章小結81-83
• 結論83-84
• 參考文獻84-89
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果89-90
• 致謝90

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