艦船變形狀態(tài)監(jiān)測與預報.doc
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艦船變形狀態(tài)監(jiān)測與預報,摘要為了提供艦船的高精度姿態(tài)基準和提高傳遞對準精度，必須消除船體變形的影響以及預測預報出船體的變形角。本文首先分析了船體的變形原因，列舉出一些常用的測量船體變形的方法。通過建立船體的有限元模型分析在各種工況和載荷下的變形和應力，對船體變形規(guī)律做出了歸納，同時也分析了船體動態(tài)變形對姿態(tài)基準的影響。針對船體變形規(guī)律建立了一...
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摘 要
為了提供艦船的高精度姿態(tài)基準和提高傳遞對準精度，必須消除船體變形的影響以及預測預報出船體的變形角。本文首先分析了船體的變形原因，列舉出一些常用的測量船體變形的方法。
通過建立船體的有限元模型分析在各種工況和載荷下的變形和應力，對船體變形規(guī)律做出了歸納，同時也分析了船體動態(tài)變形對姿態(tài)基準的影響。針對船體變形規(guī)律建立了一種實時監(jiān)測船體變形的系統(tǒng)方案，構(gòu)建了一個艦船的彈性變形實時測量系統(tǒng)，對船體多部位變形同步實時測量。
建立卡爾曼濾波算法的數(shù)學模型，然后利用卡爾曼濾波器的高效率的遞歸性，以主/子慣導的輸出角速度的差值作為卡爾曼濾波器的觀測量，靜態(tài)變形角和動態(tài)變形角作為濾波器的狀態(tài)量，對船體姿態(tài)誤差角、靜態(tài)變形角和動態(tài)變形角進行估算。
利用MATLAB簡單的編程環(huán)境以及人機交互性強等特點，完成基于卡爾曼濾波器算法對艦船變形的仿真。并利用他強大的科學計算及數(shù)據(jù)處理能力來解算數(shù)學模型。完成船體變形預報軟件的開發(fā)。
關鍵詞：船體變形；卡爾曼濾波；傳遞對準；變形角
Abstract
In order to provide a ship’s high-precision attitude reference and improve the accuracy of its transfer benchmark, we should eliminate the influence of hull deformation and forecast the deformation angle of the hull. This paper analyzed some reasons of the hull deformation and listed several common methods of measuring the hull deformation.
By establishing a finite element model to analyze the deformation and stress of the hull under different operating conditions and loads, we got some basic laws of the hull deformation and also analyzed the influences of the hull deformation to the attitude reference. We established a kind of real-time monitoring system on base of the deformation laws. The real-time elastic deformation measuring system can measure much hull deformation at the same time.
We established kalman filtering model to take full use of the efficiency of the kalman filter recursion character, and made the MINS/ SINS angular velocity difference as kalman filter observed quantity, and static deformation angle and dynamic distortion angle as the filter state quantity, to calculate the variable attitude reference error, static deformation angle and dynamic distortion angle of the hull.
We used the simple MATLAB programming environment and the strong interactive characteristic between man and machine to complete the simulation for ship deformation based on kalman filter algorithm. And we used its strong scientific computing and data processing power to decoding the mathematical model to complete the prediction software of the hull deformation.
Key words hull deformation; Kalman filter; transfer alignmeut; angular distortion
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1 課題的背景和意義 1
1.2國內(nèi)外發(fā)展的歷程和研究現(xiàn)狀 2
1.2.1第一類方法 3
1.2.2第二類方法 3
1.2.3 GPS姿態(tài)測量及其在船體變形監(jiān)測中的應用 4
1.3課題研究的主要內(nèi)容 4
1.4課題的主要章節(jié)安排 5
1.5本章小結(jié) 6
第二章 船體變形模型分析 7
2.1 結(jié)構(gòu)力學方法 7
2.1.1 靜水中船體外力的確定 7
2.1.2 波浪中船體外力的確定 7
2.1.3 航行引起的船體外力的確定 8
2.2 有限元分析方法 9
2.2.1 艦船三維有限元建模 9
2.2.2 艦船多浪向與波浪載荷分析 16
2.2.3 波浪載荷的理論預報 16
2.3 基于MSC.PATRAN/NASTRAN對船體變形和應力分析 19
2.3.1 計算工況 19
2.3.2 邊界條件約束 19
2.3.3 模型變形和應力分析結(jié)果…………………………………………..19
2.3.4 平衡調(diào)整……………………………………………………………..23
2.4 本章小結(jié) 24
第三章基于卡爾曼濾波的船體變形預報分析 25
3.1 卡爾曼濾波 25
3.2 卡爾曼濾波算法分析 25
3.2.1 離散化概念 25
3.2.2 卡爾曼濾波算法流程 26
3.3 卡爾曼濾波算法設計 28
3.3.1 角速度匹配原理 28
3.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立 30
3.3.3 系統(tǒng)測量方程的建立 31
3.3.4 離散式卡爾曼濾波公式 32
3.4 本章小結(jié) 33
第四章 艦船變形預報軟件的開發(fā) 35
4.1 MATLAB軟件的基本介紹 35
4.2 變形預報軟件的開發(fā). 35
4.2.1 人機界面的設計…………………………………………………….37
4.2.2 MATLAB中的編程及主界面 38
4.2.3 仿真結(jié)果 40
4.3 本章小結(jié) 45
第五章 艦船變形實時測量的方法研究 47
5.1 引言 47
5.2 艦船彈性變形測量設備分析 48
5.3 艦船彈性變形實時測量系統(tǒng)的構(gòu)建及測量方案設計 49
5.4 本章小結(jié) 50
結(jié)論與展望 53
結(jié)論 53
展望 53
參考文獻 55
為了提供艦船的高精度姿態(tài)基準和提高傳遞對準精度，必須消除船體變形的影響以及預測預報出船體的變形角。本文首先分析了船體的變形原因，列舉出一些常用的測量船體變形的方法。
通過建立船體的有限元模型分析在各種工況和載荷下的變形和應力，對船體變形規(guī)律做出了歸納，同時也分析了船體動態(tài)變形對姿態(tài)基準的影響。針對船體變形規(guī)律建立了一種實時監(jiān)測船體變形的系統(tǒng)方案，構(gòu)建了一個艦船的彈性變形實時測量系統(tǒng)，對船體多部位變形同步實時測量。
建立卡爾曼濾波算法的數(shù)學模型，然后利用卡爾曼濾波器的高效率的遞歸性，以主/子慣導的輸出角速度的差值作為卡爾曼濾波器的觀測量，靜態(tài)變形角和動態(tài)變形角作為濾波器的狀態(tài)量，對船體姿態(tài)誤差角、靜態(tài)變形角和動態(tài)變形角進行估算。
利用MATLAB簡單的編程環(huán)境以及人機交互性強等特點，完成基于卡爾曼濾波器算法對艦船變形的仿真。并利用他強大的科學計算及數(shù)據(jù)處理能力來解算數(shù)學模型。完成船體變形預報軟件的開發(fā)。
關鍵詞：船體變形；卡爾曼濾波；傳遞對準；變形角
Abstract
In order to provide a ship’s high-precision attitude reference and improve the accuracy of its transfer benchmark, we should eliminate the influence of hull deformation and forecast the deformation angle of the hull. This paper analyzed some reasons of the hull deformation and listed several common methods of measuring the hull deformation.
By establishing a finite element model to analyze the deformation and stress of the hull under different operating conditions and loads, we got some basic laws of the hull deformation and also analyzed the influences of the hull deformation to the attitude reference. We established a kind of real-time monitoring system on base of the deformation laws. The real-time elastic deformation measuring system can measure much hull deformation at the same time.
We established kalman filtering model to take full use of the efficiency of the kalman filter recursion character, and made the MINS/ SINS angular velocity difference as kalman filter observed quantity, and static deformation angle and dynamic distortion angle as the filter state quantity, to calculate the variable attitude reference error, static deformation angle and dynamic distortion angle of the hull.
We used the simple MATLAB programming environment and the strong interactive characteristic between man and machine to complete the simulation for ship deformation based on kalman filter algorithm. And we used its strong scientific computing and data processing power to decoding the mathematical model to complete the prediction software of the hull deformation.
Key words hull deformation; Kalman filter; transfer alignmeut; angular distortion
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1 課題的背景和意義 1
1.2國內(nèi)外發(fā)展的歷程和研究現(xiàn)狀 2
1.2.1第一類方法 3
1.2.2第二類方法 3
1.2.3 GPS姿態(tài)測量及其在船體變形監(jiān)測中的應用 4
1.3課題研究的主要內(nèi)容 4
1.4課題的主要章節(jié)安排 5
1.5本章小結(jié) 6
第二章 船體變形模型分析 7
2.1 結(jié)構(gòu)力學方法 7
2.1.1 靜水中船體外力的確定 7
2.1.2 波浪中船體外力的確定 7
2.1.3 航行引起的船體外力的確定 8
2.2 有限元分析方法 9
2.2.1 艦船三維有限元建模 9
2.2.2 艦船多浪向與波浪載荷分析 16
2.2.3 波浪載荷的理論預報 16
2.3 基于MSC.PATRAN/NASTRAN對船體變形和應力分析 19
2.3.1 計算工況 19
2.3.2 邊界條件約束 19
2.3.3 模型變形和應力分析結(jié)果…………………………………………..19
2.3.4 平衡調(diào)整……………………………………………………………..23
2.4 本章小結(jié) 24
第三章基于卡爾曼濾波的船體變形預報分析 25
3.1 卡爾曼濾波 25
3.2 卡爾曼濾波算法分析 25
3.2.1 離散化概念 25
3.2.2 卡爾曼濾波算法流程 26
3.3 卡爾曼濾波算法設計 28
3.3.1 角速度匹配原理 28
3.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立 30
3.3.3 系統(tǒng)測量方程的建立 31
3.3.4 離散式卡爾曼濾波公式 32
3.4 本章小結(jié) 33
第四章 艦船變形預報軟件的開發(fā) 35
4.1 MATLAB軟件的基本介紹 35
4.2 變形預報軟件的開發(fā). 35
4.2.1 人機界面的設計…………………………………………………….37
4.2.2 MATLAB中的編程及主界面 38
4.2.3 仿真結(jié)果 40
4.3 本章小結(jié) 45
第五章 艦船變形實時測量的方法研究 47
5.1 引言 47
5.2 艦船彈性變形測量設備分析 48
5.3 艦船彈性變形實時測量系統(tǒng)的構(gòu)建及測量方案設計 49
5.4 本章小結(jié) 50
結(jié)論與展望 53
結(jié)論 53
展望 53
參考文獻 55
