基于船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)的海浪估計(jì)方法研究.pdf

1、船舶動(dòng)力定位技術(shù)在人們探索海洋過(guò)程中,正在起著越來(lái)越重要的作用。由實(shí)際情況可知,在動(dòng)力定位船舶操作過(guò)程中,很多操作是為了抵消外部環(huán)境干擾對(duì)船舶位置和艏向所帶來(lái)的影響。因此,能夠?qū)崟r(shí)獲取動(dòng)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(dòng)力定位控制器能夠根據(jù)這些信息進(jìn)行更有針對(duì)性的操作,對(duì)于減少操作過(guò)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(yùn)動(dòng)響應(yīng)的時(shí)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(duì)這些時(shí)間序列作交叉譜分析的基礎(chǔ)之上,結(jié)合船舶運(yùn)動(dòng)幅值響應(yīng)算子及海浪方向譜,開展了基于船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)估計(jì)海浪的研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　文中主要針對(duì)由海浪引起的船舶橫搖,縱搖,升沉響應(yīng),因此首先對(duì)海浪進(jìn)行了研究。文中對(duì)常用的長(zhǎng)峰波海浪譜進(jìn)行了研究,之后研究了能夠?qū)?shí)際海面進(jìn)行更加詳細(xì)描述的短峰波譜,即海浪方向譜。對(duì)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(yàn)證了等間隔法

3、的有效性。
　　建立了六自由度的船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,利用matlab的mss工具包,仿真了船舶在海浪激勵(lì)下縱、橫搖和垂蕩的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),獲取在海浪干擾下的船舶的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)。從線性角度,對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值算子RAO進(jìn)行了闡述。
　　在得到運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間序列之后,需要對(duì)其進(jìn)行交叉譜分析。針對(duì)傳統(tǒng)的譜估計(jì)方法存在的譜數(shù)據(jù)丟失和需要進(jìn)行人為干涉等問(wèn)題,提出了利用MAR模型計(jì)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(guò)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(yùn)動(dòng)響應(yīng)交叉譜。
　　通過(guò)海浪方向譜與船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值算子RAO,求得船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的理論交叉譜。以對(duì)時(shí)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)