一种海况估计器的制造方法
【专利摘要】本发明属于船舶环境监测领域，具体涉及一种海况估计器。海况估计器，包括船舶横摇信号采集器、AR模型参数辨识器、白噪声模拟器、横摇角谱密度估算器、海浪谱密度逆推器、海况计算单元，船舶横摇信号采集器。与基于雷达波及其电波反射原理测量方法相比，估计器结构简单，不需要额外的硬件成本。估计准确，能够满足海上船舶配套装置对海况信息的需求。
【专利说明】一种海况估计器
【技术领域】
[0001]本发明属于船舶环境监测领域，具体涉及一种海况估计器。
【背景技术】
[0002]船舶在海上的运动姿态控制与海况关系十分密切，船舶运动姿态控制系统的控制效果与海况具有十分密切的关系，如何在控制系统中对海况进行实时估计，适时调整控制参数，将大大提高船舶运动姿态控制效果，提高船舶适应恶劣海况的能力。为解决海况的实时分析，出现过利用船舶上装配的雷达发射信号及其雷达信号通过波面的反射波之间的时间差和船舶速度来计算海浪的波高，然后根据计算的波高确定海况，该方法理论上可行，但是也会受到航速、波浪传播速度等的影响，且其成本很高，需要配备雷达信号及其反射信号接收装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种直接利用导航系统或角度传感器等获得船舶横摇信号，通过对船舶横摇信号的统计实现海况的海况估计器。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]海况估计器，包括船舶横摇信号采集器、AR模型参数辨识器、白噪声模拟器、横摇角谱密度估算器、海浪谱密度逆推器、海况计算单元，船舶横摇信号采集器，采用数字A/D采集接口实现，该接口负责船舶横摇角信号的采集，包括采集信号的滤波处理；白噪声模拟器采用伪随机序列和数字方式，模拟在AR模型参数辨识中需要的白噪声序列，作为AR模型参数辨识器的随机输入信号；AR模型参数辨识器用于通过白噪声和船舶横摇角随机信号输入，对AR模型参数进行辨识，获得能够利用白噪声进行船舶横摇角信号准确预报的预报模型；横摇角谱密度函数估算器，利用定常的白噪声谱密度以及建立的AR模型，估算获得横摇角谱密度函数；海浪谱密度逆推器利用船舶横摇角与海浪之间的传递函数关系，利用获得的横摇角谱密度函数反推出海浪的谱密度函数；海况计算单元利用反推获得的海浪谱密度函数，通过海浪谱密度函数计算海浪的均方差，然后由海浪有义波高与海浪均方根之间的关系进而计算得到海浪的有义波高，完成海况的估计。
[0006]AR模型辨识器运用测量到的N个船舶横摇角数据Φ,α= 1，2，...，Ν)，建立Ρ(Ρ〈N)阶AR (P)模型:
【权利要求】
1.一种海况估计器，包括船舶横摇信号采集器、AR模型参数辨识器、白噪声模拟器、横摇角谱密度估算器、海浪谱密度逆推器、海况计算单元，其特征在于:船舶横摇信号采集器，采用数字A/D采集接口实现，该接口负责船舶横摇角信号的采集，包括采集信号的滤波处理；白噪声模拟器采用伪随机序列和数字方式，模拟在AR模型参数辨识中需要的白噪声序列，作为AR模型参数辨识器的随机输入信号；AR模型参数辨识器用于通过白噪声和船舶横摇角随机信号输入，对AR模型参数进行辨识，获得能够利用白噪声进行船舶横摇角信号准确预报的预报模型；横摇角谱密度函数估算器，利用定常的白噪声谱密度以及建立的AR模型，估算获得横摇角谱密度函数；海浪谱密度逆推器利用船舶横摇角与海浪之间的传递函数关系，利用获得的横摇角谱密度函数反推出海浪的谱密度函数；海况计算单元利用反推获得的海浪谱密度函数，通过海浪谱密度函数计算海浪的均方差，然后由海浪有义波高与海浪均方根之间的关系进而计算得到海浪的有义波高，完成海况的估计。
2.根据权利要求1所述的一种海况估计器，其特征在于:所述的AR模型辨识器运用测量到的N个船舶横摇角数据Φ t (t = 1，2，...，N)，建立P (P < N)阶AR(P)模型:
3.根据权利要求1所述的一种海况估计器，其特征在于:所述的横摇角谱密度估算器船舶横摇角与白噪声之间有如下关系
4.根据权利要求1所述的一种海况估计器，其特征在于:所述的海浪谱密度逆推器根据随机理论，海浪谱、船舶横摇角谱和船舶的横摇运动之间的关系处理数据
S41(Q) = G$h(-jo)G$h(jW)Sh(W) = IG4lh(J-OJ)I2Sh(CO) 其中S41(GJ)为船舶横摇角谱；G4lh(S)为船舶横摇运动模型，当船舶小角度横摇时，Glilh(S)为二阶线性函数，当船舶大角度横摇时，Glilh(S)为非线性函数；Sh(Co)为海浪谱， 不同浪向下的海浪遭遇谱密度函数为
5.根据权利要求1所述的一种海况估计器，其特征在于:所述的海况计算单元由估计获得的海浪谱密度，进行方差统计计算
【文档编号】G06F17/50GK103900541SQ201410080566
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】吉明, 梁利华, 金鸿章, 张松涛, 王经甫, 史洪宇, 杨生, 宋吉广 申请人:哈尔滨工程大学