[发明专利]一种船舶自校准式相对浮沉测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶安全监测技术领域，涉及一种应用在船舶上以及水上设备相对浮沉测量系统及测量方法，具体地说是一种利用特殊传感技术和算法进行船舶相对浮沉测量系统和方法。

背景技术

作为一种水上运输工具，船舶具有装载量大、费用低等优点，在海洋航运中的作用越趋突出。现代船舶发展越来越趋向于大型化、专业化，出现了各种新型大型船舶，如超大型油船、集装箱船、LNG等。随着船舶尺寸的增大，船舶营运条件的复杂化，船舶的安全营运问题尤显突出：由于船舶长期营运于恶劣的海洋环境中，很多意外的情况是无法预测的，众多的海上事故给人民财产带来了巨大的损失，同时还会造成严重的海洋环境污染。海上舰船或平台在风浪作用下存在横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等6个自由度的不规则运动。获取船舶的实时运动状态数据并评估其安全状态，在船舶的安全行驶、海况的实时监测、海洋环境的保护等方面具有重大意义。因此，船舶运动状态监测系统的研究越来越受到人们的重视，相应的产品和研究成果也在不断推出。航姿系统是一种能提供各种导航参数的导航系统，它不直接参与对航行体航行的控制，实质上航姿系统是一个把导航仪表所测量的航行信息处理成需要的各种航姿参数的信息管理系统。目前为止还没有比较权威的产品出现，尤其在国内，对本领域的研究还处于初始阶段，各方面都还有很大的提升空间。而在这种航姿系统中尤其以相对浮沉测量即纵摇测量难度最大，具有周期不确定，频率超低等一系列难度。

根据这种相对浮沉状态的特性，国内外均将其规定为非周期振动信号处理范畴，依据此范畴，以船舶相对浮沉为例，其测量都是基于振动类型的传感器作为测量传感器，进而得到通过各种算法实现船舶的相对浮沉测量。例如在船舶上使用超低频加速度计测量时得到原始的加速度信号A,再经过一次积分得到速度信号V,在经过一次积分得到相对浮沉D。

其所依据的运算公式包括时域积分以及频域积分：

时域积分：y(t)=∫0tx(t)dt,]]>     公式1

其中时域积分有模拟电路积分和数字积分方式。

频域积分：y(r)=Σk=0N-11j2πkΔfH(k)X(k)ej2πkr/N]]>     公式2

,其中X(k)为x(r)的傅里叶变换，Δf为频率分辨，H(k)为频率系数

对于低频加速度到位移的二次积分每一次积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰使得目前其结果可靠性大大降低。频域积分处理由于是采样完毕处理对于处理中这种超低频周期达到十秒甚至几十秒周期的信号其实时效果很差。

具体由通用运算公式单一频率下加速度运算得出相对浮沉公式为