船舶走航式波浪測(cè)量系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋是一個(gè)新興的具有戰(zhàn)略意義的開發(fā)領(lǐng)域。海洋中蘊(yùn)含無盡的資源,要開發(fā)利用海洋就必須優(yōu)先發(fā)展海洋觀測(cè)技術(shù)。其中,波浪的觀測(cè)對(duì)于海洋工程的建設(shè)具有極其重要的作用。我國(guó)目前的測(cè)波儀器主要是用于定點(diǎn)測(cè)量,很少用于船舶航行中實(shí)時(shí)測(cè)量的。為了能使遠(yuǎn)洋航行中的船舶實(shí)時(shí)地測(cè)量海浪,保證船舶的安全航行,設(shè)計(jì)一種船舶走航式波浪測(cè)量系統(tǒng)是非常有必要的。
　　 本課題致力于研制一種具有高技術(shù)和高可靠性的船舶走航式波浪測(cè)量系統(tǒng)。這種測(cè)量系統(tǒng)是以船舶自身為

2、測(cè)量?jī)x器,根據(jù)船的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)反演波浪。本文運(yùn)用了先進(jìn)的DSP技術(shù),提出了基于DSP的加速度式船舶走航式波浪測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
　　 本文比較詳細(xì)地介紹了船舶走航式波浪測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程,給出了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)海浪理論,隨機(jī)海浪被看成是均值為零的平穩(wěn)隨機(jī)過程,建立了隨機(jī)海浪模型。系統(tǒng)看作是線性系統(tǒng),船舶運(yùn)動(dòng)是在隨機(jī)海浪擾動(dòng)激勵(lì)下的這一線性系統(tǒng)的輸出。并根據(jù)船舶耐波性,結(jié)合譜估計(jì)理論和高階累計(jì)量理論,運(yùn)用AR模型對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)頻

3、率響應(yīng)特性進(jìn)行了初始辨識(shí)。設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)時(shí),分別從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。硬件方面采用了高速運(yùn)算能力的DSP芯片,可以高效地對(duì)傳感器送來的信號(hào)進(jìn)行采樣和處理;軟件方面運(yùn)用了數(shù)字濾波和數(shù)字積分對(duì)采集到的加速度信號(hào)進(jìn)行濾波和積分處理,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,減少了系統(tǒng)的硬件設(shè)備。在數(shù)據(jù)處理時(shí),采用了FFT算法,提高了運(yùn)算速度,更好地保證了波浪的實(shí)時(shí)測(cè)量。這種測(cè)波系統(tǒng)可用于船舶航行時(shí),包括夜間,實(shí)時(shí)地觀測(cè)波浪,有助于船舶的安全航行,還可

4、起到積累可靠的波浪統(tǒng)計(jì)資料的作用。
　　 論文共分五部分。第一部分從課題的背景出發(fā),論述了目前波浪測(cè)量方面的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,提出了本課題采用的關(guān)鍵技術(shù)及其研究的意義。第二部分簡(jiǎn)單介紹了船舶走航式波浪測(cè)量系統(tǒng)的研究方案。接著研究了海浪的特性及其模型的建立,并根據(jù)船的耐波性分析了船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與波浪激勵(lì)之間的關(guān)系。講述了海浪的特征值計(jì)算,根據(jù)船的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,初步提出了船舶運(yùn)動(dòng)模型,對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)頻率響應(yīng)特性做了初始辨識(shí)。第四部分則詳細(xì)設(shè)計(jì)了