[发明专利]一种基于外源卡尔曼滤波的船舶动力定位系统

权利要求书

1.一种基于外源卡尔曼滤波的船舶动力定位系统，包括船舶期望位置设置模块、控制器模块、环境力提取模块、船舶运动低频模块、船舶运动高频模块、外源卡尔曼滤波模块和船舶状态信息模块共七个模块，

船舶期望位置设置模块用于设置船舶的期望位置；

控制器模块用于获取动力定位系统需要输出的控制力和控制力矩、期望位置艏向与实际位置艏向间的偏差；

环境力提取模块用于建立风扰动数学模型、浪扰动数学模型、流扰动数学模型及其他因素扰动数学模型，传递至船舶低频运动模块；

船舶运动低频模块用于建立船舶低频运动模型，该模型中只考虑船舶纵荡、横荡和艏摇；

船舶运动高频模块用于建立船舶高频运动模型，由船舶运动低频模块所建立的船舶运动低频模型和船舶运动高频模块所建立的船舶高频运行模型获得船舶运动总模型；

外源卡尔曼滤波模块用于对船舶运动总模型进行两阶段估计；

船舶状态信息模块用于获取船舶运动信息，包括船舶在固定坐标系中的位移以及艏向位置，环境力，船舶位置和艏摇角角度，并将其返回至控制器模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于外源卡尔曼滤波的船舶动力定位系统，其特征在于，所述两阶段估计包括设计辅助状态观测器和设计卡尔曼滤波器，所述辅助状态估计器具有全局稳定性和收敛性，用于去除船舶运动总模型的噪声项，所述卡尔曼滤波器采用卡尔曼滤波算法。

3.根据权利要求1所述的一种基于外源卡尔曼滤波的船舶动力定位系统，其特征在于，所述控制器模块包括PID控制器。

4.根据权利要求1所述的一种基于外源卡尔曼滤波的船舶动力定位系统，其特征在于，所述流扰动数学模型包括两种建模方法：一种是将均匀流对船舶运动的影响简化为船舶速度的变化；另一种是在船舶动力学模型中将海流作为流扰动力。

5.一种基于外源卡尔曼滤波的船舶动力定位装置，其特征在于，所述船舶动力定位装置包括权利要求1所述的船舶动力定位系统。