船舶真风解算的误差影响分析及修正方法.pdf

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1、第36卷第1期海洋技术学报v。1．36．N。．1堕堕JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYFeb．20172222222222222222222222===========================：=======：==：=：doi：10．3969／j．issn．1003—2029．2017．01．016船舶真风解算的误差影响分析及修正方法李志乾1，一，崔天刚那，胡桐∞，漆随平2,3(1．山东省海洋环境监测技术重点实验室，山东青岛266001；2山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛266001；3．国家海洋环境监测设备下程技术中心，山东青岛266

2、001)摘要：从船舶真风解算的模型出发，依据误差传播定律，分析了相对风测量误差和航速误差对真风解算的影响。视风的测量误差会直接传递给真风；航速小于15kn时．航速误差传递给真风解算的误差可忽略不计，航速大于15kn时，真风误差会随航速的增大而增大。真风解算模型忽略了海流因素，当水流速度不可忽略时，船舶的运动轨迹受水流影响，分析了海流引起的误差模型，给出了选用不同航向航速源下的真风误差修正量。关键词：真风解算；航速：误差传递中图分类号：P716+．3；P412．16文献标志码：A文章编号：1003—2029(2017)01—0086—06真风是指相对于地面的实际风，加

3、强船舶真风的测算对船舶离靠码头、防台风、抢险救灾、海上搜救等有重要的气象导航作用。风的测量除受传感器自身精度影响外，还受船体姿态、安装位置等多种误差的影响。Shawn等flj分析了船舶真风计算过程，指出了相对风测量和洋流对真风计算有重要影响，须对实测数据进行质量控制。Yelland等f2-3研究了船舶遮挡物对风速计的遮挡CFD模型。彭燕等【4】比较了两种风杯风速仪的误差，分析了误差来源并进行了订正方法研究。吴非洋等【5】从风速仪校验器的工作原理、误差来源和校准参数的确定方法等方面进行了探讨。周扬[61采用了自动识别两种航向源方式计算真风。薄文波【7】分析了不同航行状

4、态下，安装在不同位置处的风传感器受遮挡影响程度。王国峰等[81提出了一种基于空间模型的风速风向测量误差补偿方法，建立了船舶运动状态下风矢量模型。周亦武等【9】分析了船舶摇摆状态下风速测量的误差，并提出了基于多变量非线性拟合的补偿方法进行校正补偿。上述工作均是对传感器实测的相对风进行了误差分析，并给出误差补偿方法，但航行中的船舶实际需要的是真风，船舶航海部门常反映在高航速下真风不准的问题，本文将从真风解算模型的角度出发，探讨航速对船舶真风解算的影响，并提出解决方案。1船舶真风解算模型在航行状态下的船舶是运动平台，装载在桅杆上测风传感器只能给出运动合成风，辅以船舶的航向

5、航速信息，才能解算出真风。1．1有关几类风的概念及船舶运动状态描述量相对风：测风传感器实测的风，以船艏向为参考，风向顺时针方向依次增大。视风：以大地北为参考的感觉风，是一种运动合成风，风速与相对风速大小相同，风向为相对风向与船艏向之和。航行风：船舶航行因运动而产生的风，方向与船舶航向一致，大小与航速相同。真风：以大地北为参考的实际风，航行中船舶实际需要的风，它与观测平台的运动无关。航向：以大地北为参考，船艏向所指的方向。航速：船舶航行的速度，包括对水速度和对地收稿日期：2016—10—10基金项目：山东省科学院博士基金项目资助(2015QN025)；山东省科技发展计

6、划项N资助(s225)；山东省科学院青年基金资助项目(2014QN034)作者简介：李志乾(1983一)，男，博士，副研究员，主要从事船舶气象技术研究。E-mail：lizhiqian一76@126．corn第1期李志乾，等：船舶真风解算的误差影响分析及修,-vTy法87速度。对水速度：船舶电磁计程仪的磁感线垂直于船艏向，从对水速度的计量原理出发，将水流分解为垂直和平行于电磁计程仪磁场的磁感线方向，平行方向上不做功，垂直方向上切割磁感线而计量出的船舶运动速度称为对水速度。对水速度是两种水流的叠加：以船舶为参考，船舶的运动引起的水反向运动和海水自身的流动速度。对地速度

7、：以大地为参考，船舶相对于大地的运动速度。水流向：即海水的流动方向。水流速：即海水的流动速度。1．2船舶真风解算模型视风是航行风与真风的合成，记视风为瓦，航行风为巧，真风为霄，则瓦=瓦+瓦，如图l所示。图l船舶风的合成示意图显然，真风等于视风与航行风之差，在运动平台上无法直接测量真风，只能依靠模型间接解算。2存在的问题如图2所示，有、面、万分别为低速航行下的航行风、视风、真风；万为高速航行下的真风，真风是自然风，与平台运动速度无关，则万；万。如图2(a)所示，若不计视风误差，此时测风传感器测得的视风为面，按矢量运算法则，航行风应为丽，在大洋上船舶使用的航速大多是