[发明专利]一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法

权利要求书

1.一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设计被动式无源观测器的观测方程；

S2、选择相关状态变量；

S3、船舶运动模型中矩阵参数的具体设定；

S4、增益矩阵的形式及参数的确定方法；

S5、将输入量输入至所述被动式无源观测器中，以得到相应的输出量；

S6、通过获得的所述输出量计算得到船舶的估计运动位置和一阶波浪力的大小。

2.根据权利要求1所述的一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，其特征在于，步骤S1之前还包括以下两步：

第一步、选择两个DP系统常用参考系，北东坐标系和船体坐标系，定义在北东坐标系下船舶三自由度向量η和船体坐标系下的速度向量v分别为：

η＝[N E ψ]^T

v＝[u v r]^T

两坐标系的转换关系如下：式中：R(ψ)为转换矩阵，

第二步、使用DP船舶的非线性运动模型为：

y＝η+η_h+ω_y

将转化时域空间下，并定义和x_ω2＝y_ω作为状态变量的域，可以从中获取线性状态的空间模型，

式中：M为包括了附加质量的运动系统的惯性矩阵；D为代表了阻尼系数的矩阵；τ为船舶的推进系统输出的力及力矩矢量矩阵；b为力(矩)的偏差向量；T为含有正偏差时间常数的对角矩阵；y为传感器测量值；η为推进系统输出推力及低频干扰力；η_h为一阶波浪力；ω_i(i＝1,2,3)为过程噪声变量；ω_y为测量过程中产生的高斯白噪声；E_b、E_ω、E_v为系统噪声幅值，对角矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，其特征在于，根据第二步中五个公式，设计被动式无源观测器的观测方程：

式中，为估计误差；C_h为描述海洋状态的常数矩阵；K₁∈R^6×3和K₂、K₃、K₄∈R^3×3为增益矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，其特征在于，步骤S2中，选用x＝[ξ^T,η^T,v^T,b^T]^T∈R¹⁵作为状态变量；ξ^T代表第一个至第六个状态变量，η^T代表第七个至第九个状态变量，v^T代表第十个至第十二个状态变量，b^T代表最后三个状态变量。

5.根据权利要求4所述的一种基于被动式无源观测器的DP船滤波方法，其特征在于，步骤S3中，根据步骤S2中的状态变量，设计的船舶运动模型为：

y＝Hx+ω_y

式中，u为控制向量(三自由度所需推力及推力矩)，ω＝[ω₁ ω₂ ω₃]，y为传感器测量出的纵荡、横荡位置及航向角，得出设计的被动式无源观测器中船舶运动模型中矩阵参数f(x)、B、H和E的具体形式为：

H＝[C_l I_3×3 0_3×3 0_3×3]；