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1、第35卷第12期2013年12月艦船科學(xué)技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35．No．12Dec．．2013船舶動(dòng)力定位非線性自適應(yīng)濾波算法錢佳，何祖軍(江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003)摘要：本研究主要針對(duì)萬(wàn)噸級(jí)的耙吸式挖泥船。動(dòng)力定位技術(shù)極大地提高了挖泥船的海上作業(yè)能力，保證了工作效率。船舶在海上會(huì)受到來(lái)自環(huán)境，如風(fēng)、浪和流的干擾，導(dǎo)致船舶進(jìn)行一些運(yùn)動(dòng)，目前的方法是將船舶的高頻運(yùn)動(dòng)與低頻運(yùn)動(dòng)分開處理。本文利用中心微分卡爾曼濾波方法濾除高頻分量，減少推進(jìn)器磨損。仿真實(shí)驗(yàn)表明這種濾波技術(shù)可行。關(guān)鍵詞：動(dòng)
2、力定位；中心微分卡爾曼；濾波技術(shù)；低頻運(yùn)動(dòng)；高頻運(yùn)動(dòng)中圖分類號(hào)：u665．26文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—7649(2013)12—0025—04doi：10．3404“．issn．1672—7649．2013．12．005DynamicpositioningnonlinearadaptiVefilteringalgorithmQIANJia，HEzu_jun(JiangsuUniversity“ScienceandTechnoIogy，Zhenjiang212003，China)Abstract：Thisarticlemainlyde
3、signtocapacitytmilingsuctionhopperdredger，dynamicpositionsystemgreatlyimprovesthedredger’soff音horeoperationcapacity，andguaranteedtheworkefhciency．Shipsontheseawilldisturbedbythewind，waveandnow，leadtoshipsomeexercise，thepresentmethodistoseparatethehighf}equencyandlowf}equenc
4、ymotion．Thepaperusethecentrediff色rentialkalmanfiltermethodfilteringhighf}equencycomponent，reducepropellerwear．Simulationexperimentsshowthatthisfilteringtechnologyisfeasible．Keywords：dynamicposition；centerdifferentialkalman；filtermethod；lowfrequencymotion；highfrequencymotion
5、0引言船舶動(dòng)力定位是指船舶利用自身推力系統(tǒng)提供的推力來(lái)克服風(fēng)、浪、流的干擾，使船舶保持一定的位置和首向。動(dòng)力定位系統(tǒng)主要由位置測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及推力系統(tǒng)3部分組成。對(duì)于耙吸挖泥船而言，動(dòng)力定位系統(tǒng)主要保持船舶在特定的水域作業(yè)，要求的定位精度相對(duì)較高。船舶動(dòng)力定位的原理是通過位置測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得船舶位置信息，用測(cè)得的環(huán)境參數(shù)，計(jì)算船舶回到目標(biāo)點(diǎn)所需要的推力，對(duì)各推力器進(jìn)行推力分配，使船舶能在設(shè)定的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。該耙吸式挖泥船使用2個(gè)主推進(jìn)器和1個(gè)側(cè)推進(jìn)器。挖泥船在海上的運(yùn)動(dòng)可以分解為高頻運(yùn)動(dòng)和低頻運(yùn)動(dòng)。高頻運(yùn)動(dòng)是由一階波浪力產(chǎn)生，低頻運(yùn)動(dòng)是由耙
6、頭拖力、螺旋槳推力和風(fēng)、流、二階波浪力產(chǎn)生。其中高頻往復(fù)振蕩和測(cè)量系統(tǒng)的誤差是影響船舶動(dòng)力定位精度的主要因素，需要通過濾波器濾除高頻分量對(duì)定位精度的干擾，準(zhǔn)確計(jì)算出船舶的實(shí)時(shí)位置信息(縱蕩方向和橫蕩方向)和首搖角度。1高頻運(yùn)動(dòng)模型和低頻運(yùn)動(dòng)模型研究和設(shè)計(jì)船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)通常需要將船舶的高頻收稿日期：2012—10—19；修回日期：2012—12—14作者簡(jiǎn)介：錢佳(1985一)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榇熬C合控制?！?6·艦船科學(xué)技術(shù)第35卷運(yùn)動(dòng)和低頻運(yùn)動(dòng)分開來(lái)處理。對(duì)于模型的要求既簡(jiǎn)便，又符合對(duì)系統(tǒng)精度的要求。在介紹船舶高低頻運(yùn)動(dòng)模型之前，應(yīng)
7、先建立2種坐標(biāo)系：相對(duì)于地球的地球坐標(biāo)系0。x，y，z。和相對(duì)于船舶的船體坐標(biāo)系D。以匕z。，如圖1所示。0。為船舶中心，蓋。，K，z，分別指向船首、右舷和龍骨。在地球坐標(biāo)系中選取船舶位置矢量’，=(戈，，，，妒)1。，表示船舶位置和首搖角度(航向)；在船體坐標(biāo)系中選取速度矢量I，=(u，∥，r)1。，分別為縱蕩、橫蕩和首搖速度。，墨圖1地球坐標(biāo)系和船體坐標(biāo)系Fig．1Theearthcoordinatesystemandhullcoordinatesystem其轉(zhuǎn)換關(guān)系為田=兄(咖)V。式中曰(西)為轉(zhuǎn)換矩陣：rcos咖一sin咖O]足(咖
8、)=Jsin‘jbcos咖o』，lolJR-1(咖)=R1(咖)。1．1船舶低頻運(yùn)動(dòng)模型由于耙吸式挖泥船的運(yùn)動(dòng)速度一般較慢，而且在環(huán)境作用力中，只有風(fēng)可測(cè)得，其他不
