[发明专利]一种关于无人船的模拟与观测算法

权利要求书

1.一种关于无人船的模拟与观测算法，其特征是，其包括无人船模型、环境模型、观测模型；

上述无人船模型，在已知的模拟对象上，记录船型参数涉及到的各项信息，并利用算法加以整合；

上述无人船模型，其主要组成参数有：船长、无人船质量、附加质量、惯性矩、吃水深度和横稳心高度；

上述环境模型，主要考虑无人船航行的是风载荷模型、浪载荷模型和流载荷模型；

上述环境模型，其中的风载荷模型与流载荷模型，其计算公式为：

F＝Cv²

式中：

F：风载荷、流载荷的拖曳力；C：载荷系数；v：无人船运动速度；

上述环境模型，其中的风载荷模型，其大小和方向计算公式为：

w_wind＝[X_wind,Y_wind,N_wind]

式中：

C_X、C_Y：风力系数；C_N：风力矩系数；ρ_a：空气的密度；A_T、A_L：横向和侧向投影面积；L：船舶的长度；V_r：相对风速；

上述环境模型，其中的浪载荷模型主要考虑二阶波浪力；

上述环境模型，其中的浪载荷模型采用波浪谱与公式相结合的方式计算；

上述环境模型，其中的浪载荷模型载荷矢量为：

w_wave＝[X_wave,Y_wave,N_wave]

式中：

w_i(i＝1,2,3)：高斯白噪声；λ：波长；

上述环境模型，其中的流载荷模型，其速度计算公式为：

式中：

无人船在两个方向上的速度分量；

上述观测模型，主要模拟船用GPS信号和船用惯性导航信号；

上述观测模型，包括平移观测器和姿态观测器两部分；

上述观测模型，平移观测器与姿态观测器采用松耦合的方式连接；

上述观测模型，平移观测器与姿态观测器采用松耦合的方式主要是指：船用GPS独自处理船舶的位置信息，船用惯性导航系统的处理器则会处理速度、加速度的信息；这两个系统相互独立，可以同时对数据进行处理；

上述观测模型，平移观测器主要用于测量无人船的位置和速度，测量中产生的噪声通过卡尔曼滤波方法处理；

上述观测模型，平移观测器在数据处理时将通过改变时间步的方式将信号进行离散化处理；

上述观测模型，姿态观测器主要用于测量无人船目前的姿态；

上述观测模型，姿态观测器在测量时利用投影算子控制陀螺仪的偏置。