探析舰船摇荡混沌动力学分析及其时域预报研究

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1、-●’1一侯建军指导教师东叻职称教授GO学位授予单位大连海事大学———————————————————————————————————————————一_申请学位级别工学博士学科与专业交通信息工程及控制论文完成日期2010年3月论文答辩日期2010年6月答辩委员会主席／￡．鑫jo．．·，，一●一一◆。’t～ChaoticDynamicsAnalysisofShipSwayanditsPredictioninTimeDomainDissertationSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentofthe

2、requirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringbyHouJianjan(TrafficInformationEngineering＆Contr01)DissertationSupervisor：ProfessorDongFangMarch，2010◆t◆◆上，▲l愚，0■。誓．大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博士学位论文==麴塑援夔遏浊麴力堂坌堑蕉墓盟撼亟塑硒塞：：。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集

3、体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志

4、社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密口(请在以上方框内打“4”)论文作者签名：导师签日期：年月日，‘■l～勺0＼^’_◆创新点摘要1．基于实测舰船的摇荡数据，较完备的证明了舰船摇荡运动中存在的非线性混沌特性。与以往人们只通过大于0的最大Lyapunov指数和有限的分数关联维来判定时间序列的混沌属性不同，本文在SimonHaykin判断准则和Sivakumar研究成果的基础上，提出了采用定性为辅、定量为主的相对

5、完备的法则来确定时间序列混沌属性的基本思路。以舰船摇荡运动方程的非线性机理分析为基础，将不同船型、不同海区和海况的四艘舰船的横摇时历，对照本文提出的混沌判断准则进行了检验分析，结果证明了实际风浪中的舰船摇荡运动表现出明显的混沌动力学特性。这一结论为舰船摇荡运动极短期预报提供了新思路。2．根据混沌理论相空间重构技术，提出了优化RBF神经网络结构的局域法多步预报模型。该方法根据时间序列相空间重构技术能再现原混沌系统动力学特性的特点，将其用于RBF神经网络的结构优化——以相空间的嵌入维数确定网络的输入节点数，并结合局域法中最近邻点对中心点预测的影响，形成了基于混沌理论的RB

6、F神经网络局域法多步预报模型。对几种典型的混沌系统的仿真计算表明，其效果好于普通局域法和基于最大Lyapunov指数方法；对所选实测舰船摇荡时历的仿真预报表明，该方法有效预报时间能达到10秒以上。3．针对实测舰船摇荡时历的非平稳特性，提出了基于经验模式分解(EMD)的舰船摇荡预报方法。采用连续统计量法和递归图法检验了实测舰船摇荡时历的非平稳性，根据EMD能将复杂的非线性、非平稳信号分解为性态较单一的分量的特点，提出了基于EMD．RBF(径向基函数)的预报方法。首先将摇荡时序进行EMD，得到若干个基本模式分量(IMF)；然后对分解后的IMF分别建立相应的RBF预测模型进

7、行预报；最后将各基本模式分量的预报结果重构，得到原时序的预报值。对所选实测舰船摇荡时历的仿真计算表明，该方法具有比单纯RBF预测方法更高的预测精度。f，●一k，●■llL中文摘要摘要舰船在波浪中六自由度摇荡瞬时值、幅值等的预报——摇荡时域预报，是一项为国际航运界、船舶工程界，尤其是各国海军所关注而至今未能很好解决的课题。但从公开发表的文献看，至今实船摇荡的时域预报仍限于10秒以内，严重制约了其应用。究其原因，在于对波浪中舰船摇荡机理认识不清。为此，本文力求发掘舰船摇荡运动中所蕴含的非线性动力学特性，并提出有针对性的预报方法，以期有效提高预报精度和增加