基于卡爾曼濾波技術的船舶橫搖預測方法研究.pdf

1、艦船在海面上航行時，由于受到海浪、海風和洋流等海洋環(huán)境擾動的作用，會產(chǎn)生首搖、橫搖、縱搖、升沉等各種搖蕩。搖蕩會影響艦船的安全航行，特別是當艦船作戰(zhàn)時，船上的火炮系統(tǒng)、雷達跟蹤系統(tǒng)、精密儀器等對艦船的穩(wěn)定性有不同程度上的要求。艦載穩(wěn)定平臺在艦船上被廣泛應用，用來滿足不同設備對船舶穩(wěn)定性的要求。對穩(wěn)定平臺進行實時控制時，必須先對艦船運動姿態(tài)進行短時預測，根據(jù)預測出的搖角對穩(wěn)定平臺進行控制。所以對艦船運動姿態(tài)進行短時預測變得尤為重要。

2、 本文以艦載穩(wěn)定平臺的預測控制為研究背景，基于卡爾曼濾波理論，對船舶姿態(tài)的預測方法進行了深入的研究。并針對某型船只的具體參數(shù)，在給定四級海況下進行了船舶橫搖運動姿態(tài)預測仿真。首先，根據(jù)船舶橫搖運動姿態(tài)預測總體方案，研究了隨機海浪仿真模型，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動模型，并根據(jù)海浪波傾角，得到了船舶橫搖角的仿真曲線。其次，基于微機電系統(tǒng)陀螺儀設計了船舶橫搖運動角速度測量系統(tǒng)。最后，對測量噪聲和海浪干擾

3、進行了相應白化處理，針對處理后的擴充維數(shù)狀態(tài)方程，推導了船舶姿態(tài)預測算法。對某型船只在四級海況下的橫搖運動進行了半物理仿真，應用卡爾曼濾波理論對船舶姿態(tài)進行預測仿真，并分析了預測誤差。 通過分析預測誤差可知，用卡爾曼濾波算法對船舶橫搖運動姿態(tài)進行預測是可行的，預測精度可以滿足艦載穩(wěn)定平臺的預測控制的精度要求，同時也可以滿足部分船上設備實時控制的要求。本文對船舶橫搖運動姿態(tài)的預測方法具有普遍性，可供研究船舶其他運動姿態(tài)估計和預報問