【技术实现步骤摘要】
一种船体姿态计算方法及应用
本专利技术涉及一种船体姿态计算方法及应用。
技术介绍
船舶航行时，船体受载重量、海况、航速航向等因素影响，在风、浪、流的综合作用下产生纵摇、横摇、升沉等姿态变化。船体姿态的瞬时变化使船体与上层建筑外部安装的传感器距水面的垂直高度发生改变。实时获取传感器距水面的垂直高度可采用直接测量或间接计算的方式。直接测量方式通常采用激光测距或超声波测距原理，需要安装专用光学、声学传感器，因此需要定期对传感器进行清理，设备安装、维护成本较高。间接计算方式通常采用惯性测量单元(Inertialmeasurementunit，IMU)实时测量船体姿态，或采用GNSS测量多天线高程实时计算船体姿态，然后换算传感器距水面的垂直高度。某些船载系统需要获取一定时间范围内某个传感器距水面垂直高度的平均值，该值与相同时段内船体姿态的平均变化有关，体现为纵摇角度、横摇角度和升沉位移的均值变化。以海上蒸发波导高度预报应用为例，船载气象要素传感器在一定时间范围(窗口时长可选择十分钟至一小时)内距水面垂直高度的平均值是必需的输入...
【技术保护点】
1.一种船体姿态计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)利用船载GNSS天线、GNSS接收机观测GNSS信号信噪比：采集并存储各GNSS接收机发送的数据，提取各GNSS接收机对应的当前可见卫星信号载噪比C/N
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种船体姿态计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用船载GNSS天线、GNSS接收机观测GNSS信号信噪比：采集并存储各GNSS接收机发送的数据，提取各GNSS接收机对应的当前可见卫星信号载噪比C/N0，然后计算信号信噪比SNR；
(2)反演GNSS天线距水面高度：对GNSS信号信噪比的波动项作LombScargle周期谱分析得到相干频率，根据相干频率计算GNSS天线相位中心到水面的垂直高度；
(3)拟合船体姿态平面：将步骤(2)得到的GNSS天线相位中心到水面的垂直高度反演值与GNSS天线设计安装点距设计水线所在平面之间的高度值的差值作为样本集合，对描述船体姿态的三维平面进行最小二乘线性拟合，拟合出船体姿态平面，计算出横摇角度、纵摇角度和升沉位移。
2.根据权利要求1所述的一种船体姿态计算方法，其特征在于，步骤(1)中，各GNSS天线安装点位的垂直高度无需一致，各安装点位在水平面内的投影不共线。
3.根据权利要求1所述的一种船体姿态计算方法，其特征在于，步骤(2)的具体方法如下：
由上位机采集并存储各GNSS接收机发送的NMEA标准格式数据，根据实际使用的GNSS接收机通信协议，若NMEA标准格式数据中的$GPGSV语句包含的是当前可见卫星信号载噪比C/N0，则利用下式转换为信号信噪比SNR：
4.根据权利要求1所述的一种船体姿态计算方法，其特征在于，步骤(3)的具体方法如下：
(1)GNSS信号信噪比SNR是卫星仰角e(t)的函数，可分解为由直射信号造成的趋势项tSNR，以及由直射信号与反射信号相干性造成的波动项dSNR，公式如下：
SNR(e(t))＝tSNR(e(t))+dSNR(e(t))(2)
其中，t为观测时刻，e(t)为t时刻的卫星仰角，SNR(e(t))为对应不同时刻卫星仰角的信噪比时间序列，tSNR(e(t))为信噪比时间序列中由直射信号造成的趋势项，dSNR(e(t))为信噪比时间序列中由直射信号与反射信号相干性造成的波动项；
(2)从信噪比观测时间序列SNR中剔除tSNR(e(t))，tSNR(e(t))可用如下公式表示：
tSNR(e(t))＝c0+c1e(t)+c2e(t)2+…(3)
对SNR和e(t)观测时间序列按照公式(3)进行二阶或三阶多项式拟合，求出系数c0，c1，c2...，得到tSNR(e(t))；从公式(2)中剔除tSNR(e(t))，得到dSNR(e(t))；
(3)对波动项dSNR(e(t))进行LombScargle周期谱分析，得到相干频率f，dSNR(e(t))可用如下公式表示：
dSNR(e(t))＝Am(e(t))cos(2πfsin(e(t))+Φ)(4)
其中，Am为波动项振幅，f为直射信号与反射信号的相干频率，Φ为直射信号与反射信号的相位偏移；
技术研发人员：胡桐，仇志金，王东明，王中秋，邹靖，漆随平，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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