船舶走航式波浪測量系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋是一個新興的具有戰(zhàn)略意義的開發(fā)領域。海洋中蘊含無盡的資源,要開發(fā)利用海洋就必須優(yōu)先發(fā)展海洋觀測技術。其中,波浪的觀測對于海洋工程的建設具有極其重要的作用。我國目前的測波儀器主要是用于定點測量,很少用于船舶航行中實時測量的。為了能使遠洋航行中的船舶實時地測量海浪,保證船舶的安全航行,設計一種船舶走航式波浪測量系統(tǒng)是非常有必要的。
　　 本課題致力于研制一種具有高技術和高可靠性的船舶走航式波浪測量系統(tǒng)。這種測量系統(tǒng)是以船舶自身為

2、測量儀器,根據(jù)船的運動姿態(tài)反演波浪。本文運用了先進的DSP技術,提出了基于DSP的加速度式船舶走航式波浪測量系統(tǒng)的設計方法。
　　 本文比較詳細地介紹了船舶走航式波浪測量系統(tǒng)的設計過程,給出了系統(tǒng)的整體設計方案。根據(jù)海浪理論,隨機海浪被看成是均值為零的平穩(wěn)隨機過程,建立了隨機海浪模型。系統(tǒng)看作是線性系統(tǒng),船舶運動是在隨機海浪擾動激勵下的這一線性系統(tǒng)的輸出。并根據(jù)船舶耐波性,結合譜估計理論和高階累計量理論,運用AR模型對船舶運動頻

3、率響應特性進行了初始辨識。設計DSP系統(tǒng)時,分別從硬件和軟件兩個方面進行了研究。硬件方面采用了高速運算能力的DSP芯片,可以高效地對傳感器送來的信號進行采樣和處理;軟件方面運用了數(shù)字濾波和數(shù)字積分對采集到的加速度信號進行濾波和積分處理,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,減少了系統(tǒng)的硬件設備。在數(shù)據(jù)處理時,采用了FFT算法,提高了運算速度,更好地保證了波浪的實時測量。這種測波系統(tǒng)可用于船舶航行時,包括夜間,實時地觀測波浪,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),論述了目前波浪測量方面的國內(nèi)外發(fā)展狀況,提出了本課題采用的關鍵技術及其研究的意義。第二部分簡單介紹了船舶走航式波浪測量系統(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動姿態(tài)與波浪激勵之間的關系。講述了海浪的特征值計算,根據(jù)船的運動規(guī)律,初步提出了船舶運動模型,對船舶運動頻率響應特性做了初始辨識。第四部分則詳細設計了