發(fā)布時(shí)間：2020-05-06 13:43

【摘要】：隨著海洋資源的開發(fā)利用,海洋中波浪測(cè)量成為關(guān)鍵的研究對(duì)象。本文針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)室波浪測(cè)量中存在的一些問題,提出了基于慣性測(cè)量元件在波浪測(cè)量工程中的應(yīng)用。本文研究的主要內(nèi)容如下:本文對(duì)慣性測(cè)量元件加速度計(jì)和陀螺儀的工作原理及其輸出模式進(jìn)行了研究,將慣性測(cè)量元件陀螺儀輸出的姿態(tài)角與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)理論相結(jié)合,建立了常用坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣模型,即姿態(tài)矩陣;利用姿態(tài)矩陣將慣性測(cè)量元件加速度計(jì)輸出的加速度從載體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到試驗(yàn)所需的地理坐標(biāo)系,研究了姿態(tài)矩陣的解算算法:方向余弦法、四元數(shù)法及歐拉角法;分別利用了五點(diǎn)三次滑動(dòng)平均法和均值法去除原始加速度信號(hào)中的毛刺和直流分量,采用時(shí)域積分算法中的Simpson公式對(duì)去除毛刺和直流分量后的加速度信號(hào)進(jìn)行積分處理;研究了多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)的消除算法,即最小二乘法、滑動(dòng)平均法及數(shù)字濾波法,利用三種算法消除了積分過程中的多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng),對(duì)比分析了三種算法的多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)消除效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,三種算法均能使得捷聯(lián)式波高測(cè)量儀的垂向位移曲線與電容式波高傳感器的實(shí)測(cè)液位曲線吻合較好;從平均周期相對(duì)誤差分析可得,兩種儀器的平均周期相對(duì)誤差幾乎為0,表明了捷聯(lián)式波高測(cè)量儀的波浪周期測(cè)量精度高;從平均波高相對(duì)誤差和平均峰值誤差分析可得,滑動(dòng)平均法的平均波高相對(duì)誤差和平均峰值誤差均小于最小二乘法、數(shù)字濾波法,表明了滑動(dòng)平均法使得捷聯(lián)式波高測(cè)量儀的波高測(cè)量精度更高;從平均波高相對(duì)誤差分析可得,對(duì)于同一周期,不同波高的工況,兩種儀器的平均波高相對(duì)誤差隨著波高的增加而增大,對(duì)于同一波高,不同周期的工況,兩種儀器的平均波高相對(duì)誤差隨著周期的增加而增大。該試驗(yàn)證明了本文提出的波浪測(cè)量方法對(duì)波浪周期、波高測(cè)量的可行性。研究了波浪從波峰到波谷的變化過程,統(tǒng)計(jì)在波浪下跨零點(diǎn)時(shí)XY方向速度的夾角落在各個(gè)角度區(qū)間的頻率,頻率最大的角度區(qū)間即為波向,試驗(yàn)結(jié)果表明,XY方向速度的夾角落在ESE~SE角度區(qū)間的頻率最大,則波向位于ESE~SE角度區(qū)間,符合當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)情況。該試驗(yàn)證明了本文提出的波浪測(cè)量方法對(duì)波浪波向測(cè)量的可行性。研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其學(xué)習(xí)算法,將橫滾角幅值、俯仰角幅值、航向角平均值、地理坐標(biāo)系下的天向加速度幅值以及波浪的周期作為輸入層的神經(jīng)元,波高作為輸出層的神經(jīng)元,建立了Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波高預(yù)測(cè)模型,進(jìn)行了Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波高預(yù)測(cè)模型的仿真與結(jié)果分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波高預(yù)測(cè)達(dá)到了預(yù)期誤差0.01;從波高的平均相對(duì)誤差分析可得,Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平均相對(duì)誤差為5.2%,證明了Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)波高預(yù)測(cè)的可行性。
【圖文】：

圖 1-1 扭擺式微加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu) 圖 1-2 HolleyWell GG1178 陀螺圖 1-3 雙敏感質(zhì)量音叉式陀螺 圖 1-4 SF1500 高性能“三明治”電容綜上所述，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在國外的各行各業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而國內(nèi)在統(tǒng)的技術(shù)水平上和國外發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距。.2 波浪測(cè)量儀器的研究現(xiàn)狀近年來，，由于海洋資源的開發(fā)和利用等方面的需要，波浪測(cè)量的研究得到了

圖 1-1 扭擺式微加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu) 圖 1-2 HolleyWell GG1178 陀螺圖 1-3 雙敏感質(zhì)量音叉式陀螺 圖 1-4 SF1500 高性能“三明治”電容綜上所述，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在國外的各行各業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而國內(nèi)在統(tǒng)的技術(shù)水平上和國外發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距。.2 波浪測(cè)量儀器的研究現(xiàn)狀近年來，由于海洋資源的開發(fā)和利用等方面的需要，波浪測(cè)量的研究得到了
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P714.1

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本文編號(hào)：2651359