[发明专利]一种检测海浪行波参数的方法及姿态自调整的无人船

说明书

本发明公开了一种检测海浪行波参数的方法及姿态自调整的无人船，通过多轴传感器、左距离传感器和右距离传感器检测推算得到海浪行波参数，包括海浪行波的时间周期、频率、方向、速度、有效浪高、船体与海浪方向的夹角，进而对无人船进行姿态自调整，使其一直与海浪保持正交从而有效防范船体发生侧翻，提高了船舶在海面运行的安全可靠性，提高移动式海浪发电船的发电效率，增强了船体在海面上行驶的稳定性。

技术领域

本发明涉及海洋工程与自动化领域，特别涉及一种检测海浪行波参数的方法及姿态自调整的无人船。

背景技术

传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源开发迫在眉睫。随着科技的不断进步与发展，诸如太阳能、风能以及波浪能发电等可再生清洁能源备受各界关注。其中波浪能的波能能量密度高、不受天气影响等优势，使得波浪能发电备受各国研发人员的广泛关注。由于海洋是动态变化的，移动式海浪发电船需要时刻辨识海浪方向等海浪行波参数以调整船身姿态达到最大发电效率。现有的移动式海浪发电船技术中，主要通过发电效率的高低来判断船体与海浪的夹角，从而控制船体转动与海浪正交；然而该方法响应迟钝、延迟大且准确性低。因此一种能实时检测海浪的方向、高度、波宽、频率以及速度等海浪行波参数的方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种准确度高、响应速度快的检测海浪行波参数的方法。

本发明的另一目的在于提供一种姿态自调整的无人船，是根据上述检测得到的海浪行波参数进行姿态自调整。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

在海浪的干扰下，船舱围绕某一平衡位置做周期性的往复运动称为船舶摇荡。船舶的摇荡可分别描述为横摇、纵摇、首摇的角运动和垂荡、横荡、纵荡的线运动。横摇、纵摇、首摇运动分别是指绕船舶纵轴的往复摇动、绕船舶横轴的往复摇动、绕船舶垂直轴的往复摇动。垂荡、横荡、纵荡运动分别是指沿船舶垂直轴的上下往复运动、沿船舶横轴的左右往复运动、沿船舶纵轴的前后往复运动。其中，横摇、纵遥和垂荡对船舶航行的影响最大。本发明涉及的一种检测海浪行波参数的方法及姿态自调整的无人船主要依靠对这三者的分析实现船体姿态的控制。

一种检测海浪行波参数的方法，包括下述步骤：

(1)在船体2的左侧最上沿外壁安装有左距离传感器4，在船体2的右侧最上沿外壁安装有右距离传感器5，左距离传感器4和右距离传感器5以一定的频率实时监测海浪的高度变化；

(2)在船体2的中部安装有多轴传感器3，多轴传感器3以一定的频率实时监测船的加速度变化、速度变化和磁场变化，所述加速度和速度包括船在x轴、y轴和z轴方向上的线加速度、线速度和角加速度、角速度；其中，规定x轴位于水平方向上且垂直于无人船轴心线1，指向船体2右侧方向为正；y轴位于水平方向上且平行于无人船轴心线1，指向船体2船头方向为正；z轴垂直于水平面，重力加速度方向为正，x轴、y轴和z轴构成空间直角坐标系；多轴传感器的轴向定义如下：根据右手定则定义，大拇指为轴向的方向，四指弯曲的方向为角度旋转的方向；

(3)多轴传感器3、左距离传感器4和右距离传感器5将采集到的信号传送到信号采集系统6进行处理，经过滤波后滤去高次波和低次波只保留基波，得到连续且规律变化的曲线；

(4)根据同一个波峰到达左距离传感器4和右距离传感器5的时间差、幅值变化，船体2在波浪作用下x轴、y轴、z轴方向上的角速度变化以及运动过程中船体2周围的磁场变化，推算得到海浪行波参数，包括海浪行波的时间周期、频率、方向、速度、有效浪高、船体与海浪方向的夹角。

步骤4中，所述推算得到海浪行波参数的过程如下：