[發(fā)明專利]一種船舶運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911282077.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110968959B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳立家;劉錠坤;王凱;盧學(xué);周為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 北京律遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11574
• 代理人: 王冠宇

1.一種船舶運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)，包括電源，其特征在于，所述船舶運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)還包括風(fēng)浪流觀測(cè)器、高清攝像頭、導(dǎo)航衛(wèi)星接收模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、上位機(jī)，所述上位機(jī)包括辨識(shí)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括姿態(tài)傳感器，所述風(fēng)浪流觀測(cè)器、高清攝像頭、導(dǎo)航衛(wèi)星接收模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)分別與上位機(jī)通訊連接；

所述風(fēng)浪流觀測(cè)器包括風(fēng)速風(fēng)向儀、流速流向儀，用于獲取外界環(huán)境擾動(dòng)的數(shù)字化輸入信號(hào)；

所述高清攝像頭安放于駕駛臺(tái)車、舵位置，用于對(duì)車、舵儀表拍攝照片、視頻，使用圖像識(shí)別技術(shù)，從拍攝的圖像中提取得到操車、操舵數(shù)字化的操縱控制輸入信號(hào)；

所述衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備用于獲取船舶運(yùn)動(dòng)位置、速度數(shù)字化的狀態(tài)輸出信號(hào)；

所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)傳感器用于感知船舶位置、速度、船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角度、角速度；

所述上位機(jī)電腦用于系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)管理，包括原始數(shù)據(jù)、優(yōu)化后數(shù)據(jù)的保存、發(fā)送，辨識(shí)過(guò)程與結(jié)果的顯示、保存；

所述數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用于采用數(shù)據(jù)異常檢測(cè)、數(shù)據(jù)濾波與平滑、時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)采樣間隔一致化，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，所述辨識(shí)系統(tǒng)用于基于選擇的四種類型船舶運(yùn)動(dòng)模型，采用選定的兩種算法對(duì)模型中參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，其中，所述四種類型船舶運(yùn)動(dòng)模型為航向-舵角擴(kuò)展自回歸模型、航向-舵角一階非線性KT模型、航向-舵角狀態(tài)空間模型、三自由度線性模型、三自由度狀態(tài)空間模型中的四種，所述兩種算法為卡爾曼濾波、粒子濾波、普通遞推最小二乘估計(jì)、遺忘因子遞推最小二乘估計(jì)中的兩種；

所述船舶運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸，具體包括：

基于Visual Studio 2010/MFC開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)；管理GPS位置傳感器、速度傳感器、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)采集與傳輸端口；將采集到的時(shí)間、船舶位置、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度數(shù)據(jù)以圖形或曲線形式的可視化方式顯示；將采集的數(shù)據(jù)存入形式為*.txt、*.xls、.*xlsx格式的數(shù)據(jù)庫(kù)，以備后續(xù)使用；開(kāi)發(fā)并配置有GPRS數(shù)據(jù)接收-傳輸接口，通過(guò)連接GPRS設(shè)備，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸于遠(yuǎn)端服務(wù)器或用戶；

以2s、5s、10s的時(shí)間間隔實(shí)時(shí)接入船舶運(yùn)動(dòng)輸入-輸出數(shù)據(jù)；采用兩種算法對(duì)輸入-輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，包括采樣間隔不均勻時(shí)的插值、異常值的剔除；

所述船舶運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)用于船舶操縱運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)辨識(shí)，具體包括：

提供四種類型船舶運(yùn)動(dòng)模型；選擇擬采用模型及其待估參數(shù)；提供擬合誤差準(zhǔn)則為輸出數(shù)據(jù)的最小二乘；以極小化輸出誤差為原則，采用遞推最小二乘法、遺忘因子遞推最小二乘法對(duì)模型中待估參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)遞推/自適應(yīng)優(yōu)化；以手動(dòng)、默認(rèn)兩種方式設(shè)置待估參數(shù)初值；保存待估參數(shù)；在線使用完畢后，估計(jì)器在自動(dòng)給出優(yōu)化后的參數(shù)或手動(dòng)選擇一組參數(shù)時(shí)，將該組參數(shù)應(yīng)用于所選的模型，并在相同的輸入條件下，得到模型輸出，并將得到的模型輸出與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的輸出畫(huà)圖對(duì)比。