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非线性滤波器在某船动力定位中的应用研究

作　者: 谭劲锋
导　师: 丁福光
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 动力定位无源非线性滤波器中心差分 GPS
分类号: U664
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

船舶动力定位技术对长期在海洋中从事定点作业的船舶来说是必不可少的支持系统,它可以保持船舶的位置和艏向,使船舶具有航迹跟踪等功能,具有不受水深限制等优点。位置滤波估计是船舶动力定位系统中的重要环节,它的正常工作需要以位置测量信号作为依据。现在的动力定位船舶大多数使用GPS来进行位置测量,但有时候作业中的船舶因为某些原因会暂时接收不到GPS位置测量信号,造成动力定位系统不能正常工作,使船舶偏离设定点。为了使船舶在GPS位置测量信号丢失后仍然可以保持船舶在设定点附近一段时间,当重新接收到GPS位置测量信号之后,动力定位系统又可以正常工作,本文提出了以下的解决方案：首先,基于分离型船舶建模思想,根据船舶的操纵方程推导出了三自由度动力定位船舶的数学模型,并根据外界环境干扰力的随机性,给出了外界环境干扰力的随机过程描述。在船舶模型和环境力模型的基础上,得到了船舶运动的综合运动数学模型。其次,针对暂时接收不到GPS位置测量信号,提出了使用滤波器和历史数据来解决问题的方案,并针对此方案的相关问题给出了相应的对策,即对历史数据进行处理。然后,对比几种非线性滤波技术,选择了比较新颖的无源非线性滤波技术和用得比较广泛的中心差分Kalman滤波技术进行非线性滤波器的设计。最后,在船舶系统仿真器中对所设计的非线性滤波器进行了正常工作仿真、无滤波器仿真、有滤波器不处理历史数据的仿真以及有滤波器且处理历史数据的仿真。仿真结果表明,在最后一种情况下,对船舶实时位置估计的准确度比在其它几种情况下要有明显的改善。对仿真结果进行分析表明,无论是无源非线性滤波器还是中心差分Kalman滤波器,在GPS位置测量信号接收不到后,它们都可以利用历史数据对船舶未来的位置进行推算,使船舶的位置在半个小时内维持在作业点附近10米左右,在重新接收到GPS位置测量信号后又可以使动力定位系统正常工作,完全符合设计要求。

非线性滤波器在某船动力定位中的应用研究

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