[发明专利]基于海上波浪运动的检测系统及方法

摘要

本发明提供了一种基于海上波浪运动的检测系统及方法，属于海上检测技术领域。它解决了现有系统结构较为复杂，容易产生一定的误差等问题。本基于海上波浪运动的检测系统及方法，包括如下步骤：1)对波浪运动采集数据；利用加速度检测器来采集海上波浪运动数据，以采集时间间隔st＝0.01s，采样频率sf＝1/st＝100Hz；2)数据分析和辨识；3)进行数学描述方程；4)误差分析。本发明具有能够更有效的实现对舰船波浪运动的补偿的特点，且还能够降低误差。

主权项

基于海上波浪运动的检测系统及方法，包括如下步骤：1)对波浪运动采集数据；利用加速度检测器来采集海上波浪运动数据，以采集时间间隔st＝0.01s，采样频率sf＝1/st＝100Hz。2)数据分析和辨识：对采集的系统进行放大、滤波和模数转换，进行分析和辨识，对实测加速度分别采用频域积分和辛普森时域积分算法进行求得速度和位移，并对实测位移采用三点插值型求导公式求得速度，得到的三种位移和速度数据的对比。3)进行数学描述方程：设一样本长度为T的时域信号x(t)经数据采集后，形成离散数据x(n)，如果在时间T内采集N个数据，则x(t)归一化的离散傅里叶变换(DFT)为$X\left(k\right)=DFT\[x\left(n\right)\]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}x\left(n\right)e^{-\left(i\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right)nk}$式中：n和k取为0,1,2,…,(N‑1)，DFT采用离散傅里叶变换快速算法(FFT)。x(n)经离散傅里叶变换后得到的X(k)是一个长度为N的复数序列(频谱)X(k)＝DFT[x(n)]＝[(a₀,jb₀),(a₁,jb₁),…,(a_N‑1,jb_N‑1)]加速度信号频域一次积分的数值计算公式为：$y\left(r\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}\frac{1}{j2\mathrm{\π}k\mathrm{\Δ}f}H\left(k\right)X\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\π}rk/N}$加速度信号频域二次积分的数值计算公式可概括为：$y\left(r\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}-\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}k\mathrm{\Δ}f\right)}^2}H\left(k\right)X\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\π}rk/N}$式中k，n和r取值为0,1,2,……,N‑1；df和uf分别为带通滤波的下限截止频率和上限截止频率；X(k)为时域信号x(n)的傅立叶变换；Df为频率分辨率；H(k)为带通滤波器的频率响应函数，最后将获得的频域积分信号通过傅立叶逆变换转换回到时域获得速度和位移的时域信号，功率谱计算公式可概括为：Pxx＝X*conj(X)/N4)误差分析：较小的加速度直流分量误差，将引起速度一次项误差和位移二次项误差，在积分时间较长时，由于对时间积分的累积作用，将产生超过真实信号幅值的很大的误差，为了消除直流分量，应对周期信号的加速度一般采用去平均值法或者用最小二乘法。