一种船舶运动状态重构方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船舶运动状态重构方法、装置、设备及存储介质。包括：获取船舶的行驶参数，根据行驶参数建立船舶航向的初始状态方程；获取干扰项，根据干扰项对初始状态方程进行扩展生成最终状态方程；将最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，其中，重构船舶运动状态信息包括船舶航向改变量。通过获取船舶的行驶参数建立船舶航向的初始状态方程后再通过干扰项对初始状态方程进行扩展，能够有效地滤除海浪干扰环境下航向信号中的高频干扰，以实现减少船舶航行时的无效舵问题，再将最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，实现海浪滤波的同时消除干扰环境下状态观测静差问题。时消除干扰环境下状态观测静差问题。时消除干扰环境下状态观测静差问题。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶运动状态重构方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及船舶控制领域，尤其涉及一种船舶运动状态重构方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]船舶在海上航行时，海浪的一阶波浪力会造成船舶航向的高频振荡，若直接将此信号反馈给自动舵系统，航向控制器会输出相应的高频舵角指令；然而由于船舶是一个大惯性系统，其航向运动的响应频率较小，当船舶的舵机系统接收到高于船舶航向响应频率的舵角指令时，无论采取多大舵角，船舶的运动状态都不会响应，这种操舵被称为无效操舵。
[0003]为了解决无效舵问题，通常的做法是对海浪高频干扰下的航向信号进行滤波，常用的滤波方法有均值滤波、低通滤波、带通滤波与陷波滤波等。
[0004]但是现有技术这几种滤波方法会产生信号的相位滞后，这种滞后会恶化航向控制器的控制效果；为解决相位滞后问题，可采用现代控制理论中的状态观测器实现无相位滞后的海浪滤波，但这种方法在风、流等干扰环境下会出现估计静差。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种船舶运动状态重构方法、装置、设备及存储介质，以实现船舶运动状态中的高频海浪干扰滤波以及低频干扰环境下运动状态的无差估计，有效减弱海浪环境下的无效舵问题。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种船舶运动状态重构方法，包括：获取船舶的行驶参数，根据行驶参数建立船舶航向的初始状态方程；获取干扰项，根据干扰项对初始状态方程进行扩展生成最终状态方程；将最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，其中，重构船舶运动状态信息包括船舶航向改变量。
[0007]优选的，根据行驶参数建立船舶航向的初始状态方程，包括：根据行驶参数获得船舶状态信息，其中，船舶状态信息包括增益参数、时间常数和高频摆动值；根据船舶状态信息生成初始状态方程。
[0008]优选的，根据行驶参数获得船舶状态信息，包括：获取Nomoto模型，根据行驶参数对Nomoto模型进行离散处理，获得离散后的Nomoto模型；将离散后的Nomoto模型进行参数估计，获得参数估计值，其中，参数估计值用于表示船舶航向角；根据参数估计值获得增益参数和时间常数。
[0009]优选的，根据行驶参数获得船舶状态信息，包括：获取预先构建的一阶波浪力的二阶传递函数，将行驶参数代入二阶传递函数得到船舶航向的高频摆动值。
[0010]优选的，根据船舶状态信息生成初始状态方程，包括：将高频摆动值代入预先构建的状态方程，生成波浪力状态方程；根据波浪力状态方程、增益参数和时间常数生成初始状
态方程。
[0011]优选的，船舶状态信息还包括总航向角，获取干扰项，根据干扰项对初始状态方程进行扩展生成最终状态方程，包括：提取船舶的行驶参数中的环境干扰力，将环境干扰力作为干扰项；将干扰项结合总航向角对初始状态方程进行扩展，生成最终状态方程。
[0012]优选的，将最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，包括：对最终状态方程进行离散化处理获得离散信息，其中，离散信息中包括当前时刻的离散信息和上一时刻的离散信息；根据上一时刻的离散信息计算当前时刻的状态先验值及卡尔曼增益；根据状态先验值和卡尔曼增益计算状态后验值以及协方差后验值；根据状态后验值以及协方差后验值获得重构船舶运动状态信息。
[0013]根据本专利技术的另一方面，提供了一种船舶运动状态重构装置，包括：初始状态方程建立模块，用于获取船舶的行驶参数，根据行驶参数建立船舶航向的初始状态方程；最终状态方程生成模块，用于获取干扰项，根据干扰项对初始状态方程进行扩展生成最终状态方程；重构运动状态信息获取模块，用于将最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，其中，重构船舶运动状态信息包括船舶航向改变量。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术任一实施例所述的一种船舶运动状态重构方法。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本专利技术任一实施例所述的一种船舶运动状态重构方法。
[0016]本专利技术实施例的技术方案，通过获取船舶的行驶参数建立船舶航向的初始状态方程后再通过干扰项对初始状态方程进行扩展，能够有效地滤除海浪干扰环境下航向信号中的高频干扰，以实现减少船舶航行时的无效舵问题，再将最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，实现海浪滤波的同时消除干扰环境下状态观测静差问题。
[0017]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是根据本专利技术实施例一提供的一种船舶运动状态重构方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例一提供的另一种船舶运动状态重构方法的流程图；
图3是根据本专利技术实施例二提供的一种获得重构船舶运动状态信息方法的流程图；图4是根据本专利技术实施例三提供的一种船舶运动状态重构装置的结构示意图；图5是实现本专利技术实施例的一种船舶运动状态重构方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0021]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0022]实施例一图1为本专利技术实施例一提供了一种船舶运动状态重构方法的流程图，本实施例可适用于船舶海上航行的情况，该方法可以由抗干扰的船舶运动状态重构装置来执行，该抗干扰的船舶运动状态重构装置可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶运动状态重构方法，其特征在于，包括：获取船舶的行驶参数，根据所述行驶参数建立船舶航向的初始状态方程；获取干扰项，根据所述干扰项对所述初始状态方程进行扩展生成最终状态方程；将所述最终状态方程结合卡尔曼滤波算法获得重构船舶运动状态信息，其中，所述重构船舶运动状态信息包括船舶航向改变量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述行驶参数建立船舶航向的初始状态方程，包括：根据所述行驶参数获得船舶状态信息，其中，所述船舶状态信息包括增益参数、时间常数和高频摆动值；根据所述船舶状态信息生成所述初始状态方程。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述行驶参数获得船舶状态信息，包括：获取Nomoto模型，根据所述行驶参数对所述Nomoto模型进行离散处理，获得离散后的所述Nomoto模型；将所述离散后的Nomoto模型进行参数估计，获得参数估计值，其中，所述参数估计值用于表示船舶航向角；根据所述参数估计值获得所述增益参数和所述时间常数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述行驶参数获得船舶状态信息，包括：获取预先构建的一阶波浪力的二阶传递函数，将所述行驶参数代入所述二阶传递函数得到船舶航向的所述高频摆动值。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述船舶状态信息生成所述初始状态方程，包括：将所述高频摆动值代入预先构建的状态方程，生成波浪力状态方程；根据所述波浪力状态方程、所述增益参数和所述时间常数生成所述初始状态方程。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述船舶状态信息还包括总航向角，所述获取干扰项，根据所述干扰项对所述初始状态方程进行扩展生成最终状态方程，包括：提取所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢华伟，韩俊庆，李伟，孟凡彬，胡英俊，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所九江分部，
类型：发明
国别省市：