[发明专利]一种船舶风向风速测量仪误差修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶风向风速测量仪误差修正方法。

背景技术

海面气象观测是监测海洋天气系统变化的重要手段。由于全球海洋面积占总面积70%，而大多天气系统又来自于热带海洋，所以对海洋海面气象观测要求范围大。而海上岛屿甚少，大范围无法设站进行气象观测，所以船舶气象报是唯一有效观测手段。但由于大风浪过程各种船只的船体对风浪影响不同，产生的测量观测误差巨大，甚至到了无法有效的使用。更不要说精确使用。尤其是船体大小不同，吨位不同，船舶气象仪架设距海面高度不同产生误差相距甚远。特别在风浪天气过程更需要精准的船舶气象报数据支持。风浪越大，船舶气象报信息越重要，而此时船舶气象报所测风向风速的误差越大，甚至误差与实际真风速为同一量级，非常接近，这为气象信息应用带来了很大的误导。而全球海洋有几十万只船舶每天航行，如何把船舶气象报信息质量提高，为海上精准预报天气变化，为船舶航行安全，为人类减灾，本发明具有一定意义。

全世界现有船只气象水文观测都没有考虑船舶在风浪过程的摇摆俯仰和船头转动等大风浪过程中产生的船体响应带来船舶气象报信息误差产生的结果。本方法提出对未来提高船舶气象报信息的准确性具有一定作用。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种船舶风向风速测量仪误差修正方法，具有如下步骤：

—采集当前船舶的平台罗经或惯性导航系统输出的三维船体摇摆、俯仰和船头转动三个自由度运动的角速度，记录所述三个角速度随时间的变化率；

—确定当前船舶的三个自由度的运动中心点，以及该中心点与船体风向测量仪之间的几何距离；通过该几何距离分别计算所述三个自由度对应的各自风速风向测量仪距离上的线速度（即切线速度）和对应方向；

—对所述的三个自由度的线速度和对应方向进行矢量合成，求出每一时刻与平台罗经数据对应的三维风向风速测量仪高度点的风向风速值，该风速风向值即为船体摇摆、俯仰和船头转动带来的测量误差值；将船舶气象仪测得风速矢量减去所述误差矢量风，得到修正后的真实风速和风向。

所述中心点与风速风向测量仪之间的几何距离的计算方法为：确定船体三个方向惯性转动惯量平面的转动轴，在围杆上船舶风速风向仪架设点，对三个平面的转动轴做垂直投影，确定该点与三个平面转动轴的垂直距离。

所述风速测量仪距离上的线速度的计算方法如下：三个惯性转动惯量确定平面转动轴与船舶气象测风仪架设点垂直距离乘以罗经仪给出的该平面转动速率，得出与该转动轴垂直方向的船舶气象测风仪所产生的该方向误差风速。

所述真实风速和风向的计算过程如下：

对于船头方向X轴即摇摆分量，传感架设桅杆测点至船体转动惯量中心点水平面距离应为桅杆上架设传感器点沿桅杆至转动惯量中心水平面的距离，即R_x；船体摇摆的角速度ω_x顺时针为正，则：

其中：

为平台罗经或惯性导航系统提供的摇摆角速率；

船体俯仰角速度ω_y

对于船体横向方向Y轴即俯仰分量：传感器架设桅杆测点与转动惯量中心点连线距离Ry。即桅杆上传感器架设点至转动惯量中心水平面垂直距离Rx和在转动惯量中心平面上垂直投影点与中心点距离构成的直角三角形斜边距离Rz；

其中：

为平台罗经或惯性导航系统提供的俯仰角速率；

船头转动角度ω_z

对于船体平面垂直方向Z轴即转动分量：传感器架设桅杆测点至转动惯量中心水平面垂直投影点至转动惯量中心点距离R_z；

其中：

为平台罗经或惯性导航系统提供的船头转动角速率；

船体平台摇摆、俯仰和船头转动产生的误差风矢量

风为来向