[發(fā)明專利]一種船舶實時姿態(tài)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110697897.8
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113277027B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新勝;周志權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00;G01D21/02
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 孫小棟

1.一種船舶實時姿態(tài)測量方法，其特征在于，包括監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括電源模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、Z軸加速度傳感器、傾角傳感器、m個船艏加速度傳感器、n個船舷加速度傳感器、k個船艉加速度傳感器，所述傾角傳感器設(shè)置在船舶的船體的中心位置，所述船體的中心位置是指船體的中軸線的中心點；所述Z軸加速度傳感器設(shè)置在船體的中心位置；所述傾角傳感器用于測量船體的縱橫傾角，所述Z軸加速度傳感器用于測量船體的Z軸加速度；

所述m個船艏加速度傳感器設(shè)置在船體的船艏處且以船體的中軸線對稱布置，所述n個船舷加速度傳感器設(shè)置在船體的中軸線兩側(cè)且對稱布置，所述k個船艉加速度傳感器設(shè)置在船體的船艉處且以船體的中軸線對稱布置；

所述船舶實時姿態(tài)測量方法包括以下步驟：

定義θ為傾角傳感器測得的縱傾角度，β為傾角傳感器測得的橫傾角度，當(dāng)|θ|≥5°且|β|＜5°時，認(rèn)為船體處于縱傾狀態(tài)；當(dāng)|θ|＜5°且|β|≥5°時，認(rèn)為船體處于橫傾狀態(tài)；船體的升沉狀態(tài)ΔZ利用以下公式(1)計算可得：

公式(1)中，為Z軸加速度傳感器測得的Z軸加速度，ΔZ為船體在豎直方向上的位移，ΔZ＞1時認(rèn)為船體處于升高狀態(tài)，ΔZ＜-1時認(rèn)為船體處于下沉狀態(tài)，-1≤ΔZ≤1時認(rèn)為船體處于平穩(wěn)狀態(tài)；

數(shù)據(jù)處理模塊通過以下公式(2)計算船體絕對加速度

公式(2)中，k₁，k₂，k₃為加權(quán)系數(shù)，當(dāng)|θ|＜5°且|β|≥5°時，k₁取值0.6～0.9，k₂取值0.1～0.4，k₃取值0.1～0.4；當(dāng)|θ|≥5°且|β|＜5°時，k₁取值0.1～0.4，k₂取值0.6～0.9，k₃取值0.6～0.9；船舷的絕對加速度船艏的絕對加速度船艉的絕對加速度的計算公式分別如下式(3)、(4)、(5)：

公式(3)中：

公式(6)、(7)中，表示船舷處X軸加速度的平均值，表示船舷處Y軸加速度的平均值n表示船舷加速度傳感器的個數(shù)，n的取值是2以上的偶數(shù)；

公式(4)中：

公式(8)、(9)中，表示為船艏處X軸加速度的平均值，表示船艏處Y軸加速度的平均值，m表示船艏加速度傳感器的個數(shù)，m的取值是2以上的偶數(shù)；

公式(5)中：

公式(10)、(11)中，表示船艉處X軸加速度的平均值表示船艉處Y軸加速度的平均值，k表示船艉加速度傳感器的個數(shù)，k的取值是2以上的偶數(shù)；

通過以下公式(13)計算船體當(dāng)前時刻所受浮力大小

公式(13)中，為初始狀態(tài)下船體所受的浮力，為船體當(dāng)前時刻在縱橫方向上所受外力情況，通過以下公式(14)計算獲得：

公式(14)中，M為船體總質(zhì)量，為由上述公式(2)計算的船體絕對加速度

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶實時姿態(tài)測量方法，其特征在于：通過以下公式(12)計算船體在地理坐標(biāo)系下的運動變化率

公式(12)中，為科里奧利加速度，為地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心加速度，為船體所處位置的重力加速度；

對進(jìn)行兩次積分，即可得到船體的位移數(shù)據(jù)。