基于卡爾曼濾波技術(shù)的船舶橫搖預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、艦船在海面上航行時(shí)，由于受到海浪、海風(fēng)和洋流等海洋環(huán)境擾動(dòng)的作用，會(huì)產(chǎn)生首搖、橫搖、縱搖、升沉等各種搖蕩。搖蕩會(huì)影響艦船的安全航行，特別是當(dāng)艦船作戰(zhàn)時(shí)，船上的火炮系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)、精密儀器等對(duì)艦船的穩(wěn)定性有不同程度上的要求。艦載穩(wěn)定平臺(tái)在艦船上被廣泛應(yīng)用，用來(lái)滿足不同設(shè)備對(duì)船舶穩(wěn)定性的要求。對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，必須先對(duì)艦船運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)出的搖角對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行控制。所以對(duì)艦船運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)變得尤為重要。

2、 本文以艦載穩(wěn)定平臺(tái)的預(yù)測(cè)控制為研究背景，基于卡爾曼濾波理論，對(duì)船舶姿態(tài)的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了深入的研究。并針對(duì)某型船只的具體參數(shù)，在給定四級(jí)海況下進(jìn)行了船舶橫搖運(yùn)動(dòng)姿態(tài)預(yù)測(cè)仿真。首先，根據(jù)船舶橫搖運(yùn)動(dòng)姿態(tài)預(yù)測(cè)總體方案，研究了隨機(jī)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(yùn)動(dòng)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(jī)電系統(tǒng)陀螺儀設(shè)計(jì)了船舶橫搖運(yùn)動(dòng)角速度測(cè)量系統(tǒng)。最后，對(duì)測(cè)量噪聲和海浪干擾

3、進(jìn)行了相應(yīng)白化處理，針對(duì)處理后的擴(kuò)充維數(shù)狀態(tài)方程，推導(dǎo)了船舶姿態(tài)預(yù)測(cè)算法。對(duì)某型船只在四級(jí)海況下的橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了半物理仿真，應(yīng)用卡爾曼濾波理論對(duì)船舶姿態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)仿真，并分析了預(yù)測(cè)誤差。 通過(guò)分析預(yù)測(cè)誤差可知，用卡爾曼濾波算法對(duì)船舶橫搖運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的，預(yù)測(cè)精度可以滿足艦載穩(wěn)定平臺(tái)的預(yù)測(cè)控制的精度要求，同時(shí)也可以滿足部分船上設(shè)備實(shí)時(shí)控制的要求。本文對(duì)船舶橫搖運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的預(yù)測(cè)方法具有普遍性，可供研究船舶其他運(yùn)動(dòng)姿態(tài)估計(jì)和預(yù)報(bào)問(wèn)