基于船舶運動響應(yīng)數(shù)據(jù)的海浪估計方法研究.pdf

1、船舶動力定位技術(shù)在人們探索海洋過程中,正在起著越來越重要的作用。由實際情況可知,在動力定位船舶操作過程中,很多操作是為了抵消外部環(huán)境干擾對船舶位置和艏向所帶來的影響。因此,能夠?qū)崟r獲取動力定位船舶工作海域的海況信息(包括波浪方向、海浪有義波高等變量),進(jìn)而將其作為控制器的浪前饋,使得動力定位控制器能夠根據(jù)這些信息進(jìn)行更有針對性的操作,對于減少操作過程中的能耗,更快的達(dá)到所要求的控制效果有很重要的意義。
　　船舶運動響應(yīng)的時間序列可

2、以從船舶上安裝的多種類型的傳感器獲得,本文在對這些時間序列作交叉譜分析的基礎(chǔ)之上,結(jié)合船舶運動幅值響應(yīng)算子及海浪方向譜,開展了基于船舶運動響應(yīng)數(shù)據(jù)估計海浪的研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　文中主要針對由海浪引起的船舶橫搖,縱搖,升沉響應(yīng),因此首先對海浪進(jìn)行了研究。文中對常用的長峰波海浪譜進(jìn)行了研究,之后研究了能夠?qū)嶋H海面進(jìn)行更加詳細(xì)描述的短峰波譜,即海浪方向譜。對根據(jù)海浪譜進(jìn)行海浪仿真的等能量法和等間隔法進(jìn)行了研究,驗證了等間隔法

3、的有效性。
　　建立了六自由度的船舶運動學(xué)和動力學(xué)模型,利用matlab的mss工具包,仿真了船舶在海浪激勵下縱、橫搖和垂蕩的運動響應(yīng),獲取在海浪干擾下的船舶的運動響應(yīng)數(shù)據(jù)。從線性角度,對船舶運動響應(yīng)幅值算子RAO進(jìn)行了闡述。
　　在得到運動響應(yīng)時間序列之后,需要對其進(jìn)行交叉譜分析。針對傳統(tǒng)的譜估計方法存在的譜數(shù)據(jù)丟失和需要進(jìn)行人為干涉等問題,提出了利用MAR模型計算交叉譜的方法。推導(dǎo)出基于MAR模型求取交叉譜的方法,求取了

4、MAR模型建立過程中的模型參數(shù),基于船舶仿真出的橫搖,縱搖,升沉?xí)r間序列,利用MFPE和BIC兩種最優(yōu)階數(shù)判據(jù)方法給出相應(yīng)階數(shù),最后得到了船舶運動響應(yīng)交叉譜。
　　通過海浪方向譜與船舶運動響應(yīng)幅值算子RAO,求得船舶運動響應(yīng)的理論交叉譜。以對時間序列進(jìn)行基于MAR譜分析得到的交叉譜作為目標(biāo)譜,應(yīng)用遺傳算法對海浪方向譜參數(shù)尋優(yōu),不斷調(diào)整海浪方向譜的參數(shù),使理論交叉譜與目標(biāo)譜之間的差距最小,該方法能夠避免尋優(yōu)陷入局部最優(yōu)化。最后對設(shè)計