[发明专利]一种船舶运动模型参数辨识系统

权利要求书

1.一种船舶运动模型参数辨识系统，包括电源，其特征在于，所述船舶运动模型参数辨识系统还包括风浪流观测器、高清摄像头、导航卫星接收模块、惯性导航系统、上位机，所述上位机包括辨识系统、数据管理系统，所述惯性导航系统包括姿态传感器，所述风浪流观测器、高清摄像头、导航卫星接收模块、惯性导航系统分别与上位机通讯连接；

所述风浪流观测器包括风速风向仪、流速流向仪，用于获取外界环境扰动的数字化输入信号；

所述高清摄像头安放于驾驶台车、舵位置，用于对车、舵仪表拍摄照片、视频，使用图像识别技术，从拍摄的图像中提取得到操车、操舵数字化的操纵控制输入信号；

所述卫星导航设备用于获取船舶运动位置、速度数字化的状态输出信号；

所述惯性导航系统的姿态传感器用于感知船舶位置、速度、船舶运动姿态角度、角速度；

所述上位机电脑用于系统调试与数据管理，包括原始数据、优化后数据的保存、发送，辨识过程与结果的显示、保存；

所述数据管理系统用于采用数据异常检测、数据滤波与平滑、时刻对准与数据采样间隔一致化，对原始数据进行优化处理，所述辨识系统用于基于选择的四种类型船舶运动模型，采用选定的两种算法对模型中参数进行辨识，其中，所述四种类型船舶运动模型为航向-舵角扩展自回归模型、航向-舵角一阶非线性KT模型、航向-舵角状态空间模型、三自由度线性模型、三自由度状态空间模型中的四种，所述两种算法为卡尔曼滤波、粒子滤波、普通递推最小二乘估计、遗忘因子递推最小二乘估计中的两种；

所述船舶运动模型参数辨识系统用于数据采集、处理与传输，具体包括：

基于Visual Studio 2010/MFC开发的软件系统；管理GPS位置传感器、速度传感器、运动姿态传感器的数据采集与传输端口；将采集到的时间、船舶位置、运动速度、运动加速度、转动角度、转动角加速度数据以图形或曲线形式的可视化方式显示；将采集的数据存入形式为*.txt、*.xls、.*xlsx格式的数据库，以备后续使用；开发并配置有GPRS数据接收-传输接口，通过连接GPRS设备，将数据实时传输于远端服务器或用户；

以2s、5s、10s的时间间隔实时接入船舶运动输入-输出数据；采用两种算法对输入-输出数据进行优化，包括采样间隔不均匀时的插值、异常值的剔除；

所述船舶运动模型参数辨识系统用于船舶操纵运动模型参数辨识，具体包括：

提供四种类型船舶运动模型；选择拟采用模型及其待估参数；提供拟合误差准则为输出数据的最小二乘；以极小化输出误差为原则，采用递推最小二乘法、遗忘因子递推最小二乘法对模型中待估参数进行自动递推/自适应优化；以手动、默认两种方式设置待估参数初值；保存待估参数；在线使用完毕后，估计器在自动给出优化后的参数或手动选择一组参数时，将该组参数应用于所选的模型，并在相同的输入条件下，得到模型输出，并将得到的模型输出与实验观测的输出画图对比。