基于INS升沉与姿态角数据的波浪浮标设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）基于INS升沉与姿态角数据的波浪浮标设计硕士研究生：胡洪波指导教师：王威远讲师企业导师：赵鸿教授工程领域：机械工程论文主审人：薛开教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）基于INS升沉与姿态角数据的波浪浮标设计硕士研究生：胡洪波指导教师：王威远讲师学位级别：工程硕士工程领域：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学Classifi

2、edIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）DesignofwavybuoybasedonheavedataandEuleranglesdataofINSCandidate:HuHongboSupervisor:WangWeiyuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:MechanicalEngineerin

3、gDateofSubmission:Jan.,2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人

4、完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文

5、待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要波浪浮标的设计是以技术指标为前提，选择符合要求的波浪传感器，并以其为核心，根据其测量原理选择合适的测波方法，综合考虑工作环境及使用要求完成方案设计，再根据整体方案完成软硬件及结构设计，最后对波浪浮标进行测试。本文以INSSBGEllipse2-E作为波浪传感器，基于其升沉数据及姿态角数据进行波浪浮标设计。主要工作如下：1.根据INS的测

6、量原理，针对一般上跨零点法以升沉曲线所有采样点均值这一常数值作为基线不能随波浪整体变化趋势而变化的缺点，提出了以升沉曲线连续固定数量的采样点均值为基线的定采样点变值基线上跨零点法及以升沉曲线所有极大值点拟合曲线与所有极小值点拟合曲线对应点取中值作为基线的双拟合曲线变值基线上跨零点法两种改进的上跨零点测波方法。根据使用要求选择球形浮标结构形式，确定系统构成及工作原理，完成方案设计。2.依据总体方案，以STM32F429IGT6单片机作为中央处理器，完成波浪浮标中央处理模块、通讯模块、电源管理模块、太阳能充电模

7、块及无线充电模块硬件设计；以直径500mm为参考尺寸，完成波浪浮标壳体、内部支架、防撞圈及核心机箱等结构设计，并对浮标浮力、稳定性及随波性进行验算。3.根据系统功能需求，对波浪浮标数据处理软件结构进行设计，并根据软件各模块之间的关系对各模块的工作流程及代码实现进行说明，详细叙述了三种测波方法数据处理的代码实现。4.通过对实验室模拟波浪的测量，验证了本文提出的两种测波方法的可行性，通过测量结果对比了三种测波方法的优劣。并研究了波浪周期、波幅、多波源及采样时长对测量精度的影响，根据波周期及波幅与测量误差之间的规

8、律，对测量结果进行了修证，提高了测量精度。关键词：波浪浮标；INS；升沉；姿态角；波高；波向AbstractWavebuoydesignisbasedonthetechnicalindicatorsastheprerequisitetoselectthewavesensorwhichmeetstherequirements.Andthenselecttheappropriatewavemeasurementmet