基于卡尔曼滤波的船舶操纵性能研究

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1、分类号密级；１０１５１单位代码ＵＤＣ：禱乂是洛事乂学全日制学术型硕±研究生学位论文基于卡尔曼滤波的船舶操纵性能研究梅斌指导教师黄耀惊副教授申请学位类别工学硕±学科（专业）名称航海科学与技术学位授予单位大连海事大学２０１５年１月分类号密级ＵＤＣ１０１５１单位代码大连海事大学硕±学位论文基于卡尔曼滤波的船舶操纵性能研究梅斌指导教师黄耀惊职称副教授学位授予单位大连海事大学

2、申请学位类别工学硕±学科（专业）航海科学与技术论文完成日期２０１４年９月２０日答辩日期２０１５年１月４曰答辩委员会主席＿＿Ｓｔｕｄｏｎ化ｅＳｈｉＭａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔＢａｓｅｄｏｎＫａｌｍａｎＦｉｌｔｅｒｙｐｙＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄ化ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＩｎａｒｔｉａｌｆｕｌ拙ｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｂｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｐｑＭａｓｔｅｒｏｆＥｎ

3、ｉｎｅｅｒｉｎｇｇＢｙＭｅｉＢｉｎＮａｖｉａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ（ｇｇｙ）ＴｈｅｓｉｓＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ；ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＨｕａｎｇＹａｏｌｉａｎｇＤｅｃｅｍｂ化２０１４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＂基于卡尔曼滤波＂成博／硕±学位论文的船舶操纵性能研究。除论文中己经注明引用的内容外，对论文的研巧做出重要贡献的个人和集体

4、，均已在文中Ｗ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己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、使用研巧生学位论文，的规定即：大连海事大学有权保留并向国家有关部口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Ｗ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

5、编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕±学位论文全文数据库》（中国学术期刊（光盘版）电子杂志社）、《中国学位论文全文数据库》（中国科学技术信息研巧所）等数据库中，并Ｗ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□在年解密后适用本授权书。＂＂不保密（请在上方框内打Ｖ）论文作者签名：或导师签名：松复＾０１５日期；２年０１月０４日＇中文摘要摘要一船舶操纵性是船舶航行当中重要的性能之。国际海事组织

6、提出了关于船舶操纵性的评价标准，对船舶操纵性能的评判方法和量化指标做出了明确的规定。研巧船舶操纵性能需要确定船舶运动模型。由于船舶运动的低频特性，使得线性运动模型也能达到很离的精度。而确定船舶运动模型关键在于确定船舶的水动为导数或者模型参数。获取水动力导数或者模型参数的方法主要有数据库或者回归公式方法、约束船模试验方法、理论与数值计算方法Ｗ及系统辨识。基于实船试验的系统辨识能够避免其他方法的插值误差、尺度效应和复杂理论计算等问题。随着试验测量系统的改进，系统辨识在模型研究

7、方面优势愈加突出。专业教学实习船携带性能优良的船舶姿态测量系统和数据采集系统。该船进行一系列的操纵试验，能充分激励船舶的操纵性能和特征。因此实船试验的系统辨识具有明显的优势。卡尔曼滤波是众多系统辨识方法的一种。卡尔曼滤波具有最小方差无偏的特点，辨识当中不需要保存先前数据，就能实现效果良好的在线辨识。对实船试验数据进行分析和处理，可提供稳定有效的数据源。本文综合考虑触舶线性运动模型和实船试验数据的特征后，，进行基于卡尔曼滤波的系统辨识获取模型参数。算法比对和模拟仿真表明，

8、在船舶运动模型的在线辨识方面，卡尔曼滤波具有优良的性能。本文完成了基于卡尔曼滤波的船舶操纵性能硏究，主要工作如下：（１）应用雷达目标跟踪算法排除了实船试验数据中的野值，应用Ｂ样条方法对实船试验数据进行插值和光顺。（巧应用差分全球定位系统的测量数据，运用航迹推算方法，推算了精度较高的海流数据。仿真验证了数据的有效性。°°°１０旋回试验和－１巧应用１０／０Ｚ形的实船试验数据，根据船舶运动线性模型，运用卡尔曼滤波方法估计出模型参数和操纵性指数。并进行仿真