[發明專利]一種船舶動力定位系統非線性狀態估計方法

在審

• 申請號: 201710959387.7
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107742026A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 李文娟;楊奕飛;姚震球;袁偉;蘇貞
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;江蘇科技大學海洋裝備研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B63B9/00
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙)11316
• 代理人: 滑春生

1.一種船舶動力定位系統非線性狀態估計方法，其特征在于：所述估計方法包括如下步驟：

(1)定位船舶利用測量系統包括位置參考系統及傳感器系統獲得船舶位置信息、艏向信息和風速；

(2)建立海洋環境下船舶水平面運動數學模型；

(3)將線性高頻運動模型中的波浪頻率參數波動引起的誤差歸結至噪聲項，使用自適應無跡卡爾曼濾波將噪聲信息濾除并分離出高頻運動及低頻運動信息；

(4)將所獲得的低頻運動信息包括船舶位置、艏向和船舶速度輸入到控制器，以計算出船舶維持預期運動狀態所需要的推力及推力矩，并將推力及推力矩分配到各個推進器。

2.根據權利要求1所述的船舶動力定位系統非線性狀態估計方法，其特征在于：所述步驟(1)的位置參考系統及傳感器系統包括衛星導航系統、水聲定位系統、張緊索、電羅經和風速風向儀，用于測量船舶橫蕩、縱蕩位置、艏搖角和風速。

3.根據權利要求1所述的船舶動力定位系統非線性狀態估計方法，其特征在于：所述步驟(2)的船舶水平面運動數學模型如下所示：

x·=f(x)+Bτ+Eω]]>

y_k＝Hx_k+v_k

式中，x＝[ξ_h^T,η^T,υ^T,b^T]^T，H＝[C_h,I_3×3,0_3×3,0_3×3]。其中，

Ah=03*3I3*3A21A22,Eh=03*3E3*3,R(ψ)=cosψ-sinψ0sinψcosψ0001,]]>

ξ_h＝[∫x_hdt,∫y_hdt,∫ψ_hdt,x_h,y_h,ψ_h]^T，C_h＝[0_3*3 I_3*3]，

A₂₂＝-diag{2ξ₁ω_o1,2ξ₂ω_o2,2ξ₃ω_o3}，ω_0i(i＝1,2,3)為波浪PM譜中的譜峰頻率；為相對阻尼系數，通常取值為0.05-0.2，ψ為低頻運動中艏搖角，x_h,y_h,ψ_h為高頻運動中縱蕩、橫蕩位置和艏搖角，η為低頻運動中縱蕩、橫蕩位置和艏搖角，υ表示低頻速度矩陣，M表示質量矩陣，D表示阻尼矩陣，b表示未建模環境力，T_b為包含時間常數的三維對角矩陣，τ表示合外力，ω_h、ω_υ、ω_b分別為零均值高斯白噪聲向量。