[發明專利]一種船舶實時姿態測量方法

有效

• 申請號: 202110697897.8
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113277027B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 王新勝;周志權
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00;G01D21/02
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 孫小棟

本發明涉及一種船舶實時姿態測量方法，其解決了現有船舶通過機械式縱橫傾角姿態測量裝置或磁測式測量裝置結構復雜、測量精度低、測量響應時間長的技術問題，其通過設置在船體中心位置的傾角傳感器測量船體的縱橫傾角，通過設置在船艏、船舷、船艉的多組加速度傳感器計算船體的絕對加速度進而計算出船體當前時刻所受浮力大小。本發明廣泛用于船舶在航行過程中的運動姿態監測。

技術領域

本發明涉及船舶實時姿態監測技術領域，具體而言，涉及一種船舶實時姿態測量方法。

背景技術

隨著現代船舶的發展，其尺寸逐漸增大，營運條件更為復雜，船舶的安全營運問題也尤為突出。為對船舶在航行過程中的安全狀態進行更為準確的監測，需要實時獲取船舶的運動姿態參數，通常通過機械式縱橫傾角姿態測量裝置或磁測式測量裝置實時獲取船舶的運動姿態參數。然而，現有的機械式縱橫傾角姿態測量裝置和磁測式測量裝置存在結構復雜、測量精度低、測量響應時間長等問題，已不再能滿足船舶現代化的需求。

發明內容

本發明就是為了解決現有船舶通過機械式縱橫傾角姿態測量裝置或磁測式測量裝置結構復雜、測量精度低、測量響應時間長的技術問題，提供了一種通過船載多個傳感器組成的測量網絡和計算機處理系統，對船舶的姿態進行實時反饋的船舶實時姿態測量方法。

本發明的技術方案是，提供一種船舶實時姿態測量方法，包括監測系統，所述監測系統包括電源模塊、數據處理模塊、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，傾角傳感器設置在船舶的船體的中心位置，船體的中心位置是指船體的中軸線的中心點；Z軸加速度傳感器設置在船體的中心位置；傾角傳感器用于測量船體的縱橫傾角，Z軸加速度傳感器用于測量船體的Z軸加速度；

m個船艏加速度傳感器設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置在船體的中軸線兩側且對稱布置，所述k個船艉加速度傳感器設置在船體的船艉處且以船體的中軸線對稱布置；

船舶實時姿態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|θ|≥5°且|β|＜5°時，認為船體處于縱傾狀態；當|θ|＜5°且|β|≥5°時，認為船體處于橫傾狀態；船體的升沉狀態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時認為船體處于升高狀態，ΔZ＜-1時認為船體處于下沉狀態，-1≤ΔZ≤1時認為船體處于平穩狀態；

數據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為加權系數，當|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|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，n的取值是2以上的偶數；

公式(4)中：