船舶走航式波浪測量系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋是一個新興的具有戰(zhàn)略意義的開發(fā)領(lǐng)域。海洋中蘊含無盡的資源,要開發(fā)利用海洋就必須優(yōu)先發(fā)展海洋觀測技術(shù)。其中,波浪的觀測對于海洋工程的建設(shè)具有極其重要的作用。我國目前的測波儀器主要是用于定點測量,很少用于船舶航行中實時測量的。為了能使遠(yuǎn)洋航行中的船舶實時地測量海浪,保證船舶的安全航行,設(shè)計一種船舶走航式波浪測量系統(tǒng)是非常有必要的。
　　 本課題致力于研制一種具有高技術(shù)和高可靠性的船舶走航式波浪測量系統(tǒng)。這種測量系統(tǒng)是以船舶自身為

2、測量儀器,根據(jù)船的運動姿態(tài)反演波浪。本文運用了先進的DSP技術(shù),提出了基于DSP的加速度式船舶走航式波浪測量系統(tǒng)的設(shè)計方法。
　　 本文比較詳細(xì)地介紹了船舶走航式波浪測量系統(tǒng)的設(shè)計過程,給出了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案。根據(jù)海浪理論,隨機海浪被看成是均值為零的平穩(wěn)隨機過程,建立了隨機海浪模型。系統(tǒng)看作是線性系統(tǒng),船舶運動是在隨機海浪擾動激勵下的這一線性系統(tǒng)的輸出。并根據(jù)船舶耐波性,結(jié)合譜估計理論和高階累計量理論,運用AR模型對船舶運動頻

3、率響應(yīng)特性進行了初始辨識。設(shè)計DSP系統(tǒng)時,分別從硬件和軟件兩個方面進行了研究。硬件方面采用了高速運算能力的DSP芯片,可以高效地對傳感器送來的信號進行采樣和處理;軟件方面運用了數(shù)字濾波和數(shù)字積分對采集到的加速度信號進行濾波和積分處理,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,減少了系統(tǒng)的硬件設(shè)備。在數(shù)據(jù)處理時,采用了FFT算法,提高了運算速度,更好地保證了波浪的實時測量。這種測波系統(tǒng)可用于船舶航行時,包括夜間,實時地觀測波浪,有助于船舶的安全航行,還可

4、起到積累可靠的波浪統(tǒng)計資料的作用。
　　 論文共分五部分。第一部分從課題的背景出發(fā),論述了目前波浪測量方面的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,提出了本課題采用的關(guān)鍵技術(shù)及其研究的意義。第二部分簡單介紹了船舶走航式波浪測量系統(tǒng)的研究方案。接著研究了海浪的特性及其模型的建立,并根據(jù)船的耐波性分析了船舶運動姿態(tài)與波浪激勵之間的關(guān)系。講述了海浪的特征值計算,根據(jù)船的運動規(guī)律,初步提出了船舶運動模型,對船舶運動頻率響應(yīng)特性做了初始辨識。第四部分則詳細(xì)設(shè)計了