[發明專利]一種海浪干擾特征參數在線辨識方法、系統及應用

在審

• 申請號: 202110576465.1
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113283342A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 王龍金;何燕;安順
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F30/20;G06F17/15
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明屬于船舶航向、航跡控制技術領域，公開了一種海浪干擾特征參數在線辨識方法、系統及應用，海浪干擾特征參數在線辨識方法包括：采集船舶航向測量設備測量信號，并進行高通濾波處理，獲得船舶航向高頻運動分量近似值；建立高頻海浪干擾分量模型，并對模型進行離散化處理，獲得基于航向信號的高頻海浪干擾分量辨識模型；根據高頻海浪干擾分量辨識模型，采用兩階段增廣隨機梯度算法辨識模型參數；根據辨識得到的模型參數，計算離散模型特征根，并轉換為連續時間域特征根，根據連續時間域特征根計算海浪峰值頻率，實現對海浪峰值頻率的在線跟蹤。本發明辨識出的海浪峰值頻率可以實時更新觀測器和濾波器參數，提高濾波器對復雜海況的適應能力。

技術領域

本發明屬于船舶航向、航跡控制技術領域，尤其涉及一種海浪干擾特征參數在線辨識方法、系統及應用。

背景技術

目前，隨著經濟全球化和貿易自由化的發展，航運業空前發展和繁榮，船舶作為海上運載工具向大型化和高速化發展，海上交通密度的不斷加大，船舶航行安全越來越受到威脅，因此對船舶運動控制提出了更高要求。

由于海上環境存在風、浪、流等干擾因素，船舶航向受操舵和風、浪、流等干擾的影響，包括低頻和高頻部分。其中，低頻部分由操舵和風、流和二階波浪力引起，高頻部分由海浪干擾中的一階波浪力引起。通常高頻干擾的頻段高于船舶控制系統的響應頻段，因此通過執行機構的響應不能實現對高頻干擾的有效控制。航向濾波器能夠有效濾除傳感器測量信號中由高頻海浪干擾引起的航向高頻運動分量，減少無效操舵，從而降低能耗和執行機構磨損。

海浪峰值頻率是描述海浪干擾特征的主要參數，同時也是航向濾波器設計的關鍵因素，濾波器性能主要取決于其對海況變化的適應能力，隨著海況的變化，海浪峰值頻率將會發生變化，這要求濾波器參數能夠跟隨海浪峰值頻率的變化。傳統濾波器采用低通或陷波濾波器，其濾波器截止頻率根據海浪峰值頻率設計為固定值，而船舶在航行過程中海況和航行狀態不斷變化，導致海浪峰值頻率也隨之不斷變化，因此濾波器的適應能力較弱，導致濾波效果不理想。因此，亟需一種新的海浪干擾特征參數在線辨識方法。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：傳統濾波器采用低通或陷波濾波器，船舶在航行過程中海況和航行狀態不斷變化，導致海浪峰值頻率也隨之不斷變化，因此濾波器的適應能力較弱，導致濾波效果不理想。

解決以上問題及缺陷的難度為：海上環境的不可預測性及船舶操作狀態的時變性導致海浪峰值頻率不斷變化，海浪峰值頻率難以確定，航向濾波器不能有效濾除高頻海浪干擾。

解決以上問題及缺陷的意義為：本發明所提出的方法能夠在線辨識海浪峰值頻率，并用于實時更新濾波器和觀測器參數，提高航向濾波器對復雜海況的適應能力，實現對高頻海浪干擾的有效濾除，從而降低控制系統無效操舵和控制能耗。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種海浪干擾特征參數在線辨識方法、系統及應用。

本發明是這樣實現的，一種海浪干擾特征參數在線辨識方法，所述海浪干擾特征參數在線辨識方法包括以下步驟：

步驟一，采集船舶航向測量設備測量信號，并進行高通濾波處理，獲得船舶航向高頻運動分量近似值；采集用于模型參數辨識的數據；

步驟二，建立高頻海浪干擾分量模型，并對模型進行離散化處理，獲得基于航向信號的高頻海浪干擾分量辨識模型；構建高頻海浪干擾分量辨識模型；

步驟三，根據高頻海浪干擾分量辨識模型，采用兩階段增廣隨機梯度算法辨識模型參數；執行辨識算法辨識模型參數；

步驟四，根據辨識得到的模型參數，計算離散模型特征根，并轉換為連續時間域特征根，根據連續時間域特征根計算海浪峰值頻率；求解連續時間域海浪峰值頻率；

步驟五，在線實施步驟一至步驟四，實現對海浪峰值頻率的在線跟蹤；對海浪峰值頻率實現在線辨識。