[发明专利]一种基于贝叶斯理论和气垫船姿态信息的海浪信息预测方法

说明书

本发明提供的是一种基于贝叶斯理论和气垫船姿态信息的海浪信息预测方法。一、对气垫船建立六自由度运动数学模型；二、基于步骤一中建立的运动数学模型仿真气垫船的横摇、纵摇和升沉三自由度姿态信息；利用多元预测理论对气垫船运动三自由度姿态信息进行交叉谱分析，得到交叉谱；三、根据气垫船实物仿真实验获取气垫船的响应幅度算子函数；四、将步骤二中得到的交叉谱和步骤三中得到的响应幅度算子函数作为贝叶斯模型的输入，并利用贝叶斯模型反演航行海域的实时海况。本发明是一种根据气垫船在海上的运动姿态数据来反推航行海域的海况信息的方法；本发明的贝叶斯模型输出的是离散化的海浪方向谱函数值，解决了参数法带来的运算复杂度的问题。

技术领域

本发明涉及的是一种海浪信息预测方法，具体地说是一种基于贝叶斯理论的海浪信息预测在气垫船上的应用。

背景技术

气垫船作为水陆两栖的船种，能够在水面和地面上方便地航行，因此其用途十分广泛。气垫船分为全垫升气垫船和侧壁式气垫船，本发明主要针对全垫升气垫船。气垫船由于其快速性，在海面上航行主要受海浪和海风的影响。因此，获得其航行海域的实时海况具有重要意义。

针对气垫船的作业特点，获取实时的海况信息十分困难，传统的获取海况信息的方法为定点测量法，无法满足气垫船的作业需求。而随船估计法，将气垫船的本身在海上的姿态运动与海浪的运动看作一种线性关系，通过获取气垫船实时姿态信息来反演海况信息。原理与浮标法相似，将气垫船本身近似看作浮标，由于气垫船大多为小型船舶，从而此种近似比其他船舶近似性要好。

在对国内外的公开文献进行检索分析之后，未找到降本发明的方法应用到气垫船中的公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够得到气垫船航行海域的实时海况信息的基于贝叶斯理论和气垫船姿态信息的海浪信息预测方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一、根据固定坐标系和船体运动坐标系，对气垫船建立六自由度运动数学模型；

步骤二、基于步骤一中建立的运动数学模型仿真气垫船的横摇、纵摇和升沉三自由度姿态信息；利用多元预测理论对气垫船运动三自由度姿态信息进行交叉谱分析，得到交叉谱；

步骤三、利用气垫船实物仿真实验获取气垫船的响应幅度算子函数；

步骤四、将步骤二中得到的交叉谱和步骤三中得到的响应幅度算子函数作为贝叶斯模型的输入，并利用贝叶斯模型反演航行海域的实时海况。

本发明还可以包括：

1、所述对气垫船建立六自由度运动数学模型包括运动学数学模型和动力学数学模型。

2、所述交叉谱分析的具体过程为：

针对每个时间序列z_i，使用前p个时间序列值对第s个时间序列进行建模：

z_i(s)-A₁z_i(s-1)-…-A_pz_i(s-p)＝ε_i i＝1,2,…,k

其中，A_i为权重系数；ε_i为均值为0方差为σ_i的高斯白噪声，代表测得值与模型估计值之间的误差；

同时考虑所有时间序列改为如下矩阵形式：

Ζ(s)-A₁Ζ(s-1)-…-A_pΖ(s-p)＝ε(s)