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基于卡尔曼滤波技术的船舶横摇预测方法研究
| 论文题名： | 基于卡尔曼滤波技术的船舶横摇预测方法研究 |
| 关键词： | 卡尔曼滤波;船舶横摇;运动姿态;预测仿真;误差分析 |
| 摘要： | 舰船在海面上航行时，由于受到海浪、海风和洋流等海洋环境扰动的作用，会产生首摇、横摇、纵摇、升沉等各种摇荡。摇荡会影响舰船的安全航行，特别是当舰船作战时，船上的火炮系统、雷达跟踪系统、精密仪器等对舰船的稳定性有不同程度上的要求。舰载稳定平台在舰船上被广泛应用，用来满足不同设备对船舶稳定性的要求。对稳定平台进行实时控制时，必须先对舰船运动姿态进行短时预测，根据预测出的摇角对稳定平台进行控制。所以对舰船运动姿态进行短时预测变得尤为重要。 本文以舰载稳定平台的预测控制为研究背景，基于卡尔曼滤波理论，对船舶姿态的预测方法进行了深入的研究。并针对某型船只的具体参数，在给定四级海况下进行了船舶横摇运动姿态预测仿真。首先，根据船舶横摇运动姿态预测总体方案，研究了随机海浪仿真模型，得到了给定海况下的海浪波倾角仿真曲线。建立了某型船只的横摇运动模型，并根据海浪波倾角，得到了船舶横摇角的仿真曲线。其次，基于微机电系统陀螺仪设计了船舶横摇运动角速度测量系统。最后，对测量噪声和海浪干扰进行了相应白化处理，针对处理后的扩充维数状态方程，推导了船舶姿态预测算法。对某型船只在四级海况下的横摇运动进行了半物理仿真，应用卡尔曼滤波理论对船舶姿态进行预测仿真，并分析了预测误差。 通过分析预测误差可知，用卡尔曼滤波算法对船舶横摇运动姿态进行预测是可行的，预测精度可以满足舰载稳定平台的预测控制的精度要求，同时也可以满足部分船上设备实时控制的要求。本文对船舶横摇运动姿态的预测方法具有普遍性，可供研究船舶其他运动姿态估计和预报问题作参考。 |
| 作者： | 范海平 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 薛开 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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