[發明專利]一種船舶風向風速測量儀誤差修正方法

有效

• 申請號: 201310236574.4
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103308722A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張永剛;焦林;張健雪
• 申請（專利權）人: 大連天島海洋科技有限公司
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00;G01W1/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨;李洪福

技術領域

本發明涉及一種船舶風向風速測量儀誤差修正方法。

背景技術

海面氣象觀測是監測海洋天氣系統變化的重要手段。由于全球海洋面積占總面積70%，而大多天氣系統又來自于熱帶海洋，所以對海洋海面氣象觀測要求范圍大。而海上島嶼甚少，大范圍無法設站進行氣象觀測，所以船舶氣象報是唯一有效觀測手段。但由于大風浪過程各種船只的船體對風浪影響不同，產生的測量觀測誤差巨大，甚至到了無法有效的使用。更不要說精確使用。尤其是船體大小不同，噸位不同，船舶氣象儀架設距海面高度不同產生誤差相距甚遠。特別在風浪天氣過程更需要精準的船舶氣象報數據支持。風浪越大，船舶氣象報信息越重要，而此時船舶氣象報所測風向風速的誤差越大，甚至誤差與實際真風速為同一量級，非常接近，這為氣象信息應用帶來了很大的誤導。而全球海洋有幾十萬只船舶每天航行，如何把船舶氣象報信息質量提高，為海上精準預報天氣變化，為船舶航行安全，為人類減災，本發明具有一定意義。

全世界現有船只氣象水文觀測都沒有考慮船舶在風浪過程的搖擺俯仰和船頭轉動等大風浪過程中產生的船體響應帶來船舶氣象報信息誤差產生的結果。本方法提出對未來提高船舶氣象報信息的準確性具有一定作用。

發明內容

本發明針對以上問題的提出，而研制的一種船舶風向風速測量儀誤差修正方法，具有如下步驟：

—采集當前船舶的平臺羅經或慣性導航系統輸出的三維船體搖擺、俯仰和船頭轉動三個自由度運動的角速度，記錄所述三個角速度隨時間的變化率；

—確定當前船舶的三個自由度的運動中心點，以及該中心點與船體風向測量儀之間的幾何距離；通過該幾何距離分別計算所述三個自由度對應的各自風速風向測量儀距離上的線速度（即切線速度）和對應方向；

—對所述的三個自由度的線速度和對應方向進行矢量合成，求出每一時刻與平臺羅經數據對應的三維風向風速測量儀高度點的風向風速值，該風速風向值即為船體搖擺、俯仰和船頭轉動帶來的測量誤差值；將船舶氣象儀測得風速矢量減去所述誤差矢量風，得到修正后的真實風速和風向。

所述中心點與風速風向測量儀之間的幾何距離的計算方法為：確定船體三個方向慣性轉動慣量平面的轉動軸，在圍桿上船舶風速風向儀架設點，對三個平面的轉動軸做垂直投影，確定該點與三個平面轉動軸的垂直距離。

所述風速測量儀距離上的線速度的計算方法如下：三個慣性轉動慣量確定平面轉動軸與船舶氣象測風儀架設點垂直距離乘以羅經儀給出的該平面轉動速率，得出與該轉動軸垂直方向的船舶氣象測風儀所產生的該方向誤差風速。

所述真實風速和風向的計算過程如下：

對于船頭方向X軸即搖擺分量，傳感架設桅桿測點至船體轉動慣量中心點水平面距離應為桅桿上架設傳感器點沿桅桿至轉動慣量中心水平面的距離，即R_x；船體搖擺的角速度ω_x順時針為正，則：

其中：

為平臺羅經或慣性導航系統提供的搖擺角速率；

船體俯仰角速度ω_y

對于船體橫向方向Y軸即俯仰分量：傳感器架設桅桿測點與轉動慣量中心點連線距離Ry。即桅桿上傳感器架設點至轉動慣量中心水平面垂直距離Rx和在轉動慣量中心平面上垂直投影點與中心點距離構成的直角三角形斜邊距離Rz；

其中：

為平臺羅經或慣性導航系統提供的俯仰角速率；

船頭轉動角度ω_z

對于船體平面垂直方向Z軸即轉動分量：傳感器架設桅桿測點至轉動慣量中心水平面垂直投影點至轉動慣量中心點距離R_z；

其中：

為平臺羅經或慣性導航系統提供的船頭轉動角速率；

船體平臺搖擺、俯仰和船頭轉動產生的誤差風矢量

風為來向