[发明专利]一种基于无人艇惯导和气象仪信息的海况等级估计方法

权利要求书

1.一种基于无人艇惯导和气象仪信息的海况等级估计方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：采集时间段T内无人艇的惯导和气象仪信息；

采集采样时间T内惯导输出的无人艇横摇角序列y(n)＝{y₁,y₂,y₃,…,y_N}和气象仪输出的风速信息v₁,v₂,v₃,…,v_N，其中T为采样时间，取值10-30分钟，N为采样的个数，N选择512的倍数；

步骤二：建立海浪激励无人艇运动的系统模型；

将海浪看作噪声源，假定为高斯白噪声，由海浪u(n)激励无人艇运动系统H(Z)产生真实的无人艇的横摇角信号x(n)，再叠加系统噪声v(n)，即产生无人艇的横摇角输出y(n)，即：y(n)＝x(n)+v(n)，其中，海浪激励船舶运动的系统是一个线性系统，利用AR模型来描述该系统，其离散时域信号表达式为：

式中a_i是模型的系数，a₀＝1，p为模型阶数，u(n)为海浪的激励输入，x(n-i)为i时刻无人艇的横摇角真实值；

对AR模型表达式进行Z变换，将z＝e^jw带入得到无人艇横摇运动频率响应函数为：

步骤三：利用在线遗忘因子递归最小二乘法在线辨识无人艇横摇运动频率响应函数H(w)；

步骤四：估计无人艇横摇运动的功率密度谱S_y(w)；

计算惯导输出的无人艇横摇角序列y(n)的频谱Y(w)，即Y(w)＝FFT(y(n))，由周期图法得无人艇横摇运动的功率密度谱S_y(w)：

其中，N为横摇角序列的长度；

步骤五：由无人艇横摇运动反演海浪有效浪高H_1/3；

首先利用无人艇横摇运动的功率密度谱函数S_y(w)和横摇运动频率响应函数H(w)反演海浪功率密度谱S_u(w)：

然后计算海浪功率密度谱的0阶距m₀：

最后根据海浪谱与海浪要素的对应关系计算有效浪高H_1/3：

步骤六：由海上风速信息计算海浪高H₀；

计算采样时段T内的平均风速v，根据风速与浪高的对应关系计算海浪高H₀，计算公式为：

H₀＝0.015*v²+1.5 (7)

步骤七：估计海况等级；

表1.海况等级划分

计算由无人艇横摇角反演的海浪高H_1/3和由风速信息计算的海浪高H₀的两个海浪高的均值，根据表1，即可根据海浪高与海况等级的对应关系估计海况等级。