CN103308722A - 一种船舶风向风速测量仪误差修正方法 - Google Patents
一种船舶风向风速测量仪误差修正方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103308722A CN103308722A CN2013102365744A CN201310236574A CN103308722A CN 103308722 A CN103308722 A CN 103308722A CN 2013102365744 A CN2013102365744 A CN 2013102365744A CN 201310236574 A CN201310236574 A CN 201310236574A CN 103308722 A CN103308722 A CN 103308722A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- rightarrow
- hull
- ships
- boats
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,具有如下步骤:采集当前船舶的平台罗经或惯性导航***输出的三维船体摇摆、俯仰和船头转动三个自由度运动的角速度,记录所述三个角速度随时间的变化率;确定当前船舶的三个自由度的运动中心点,以及该中心点与船体风向风速测量仪之间的几何距离;通过该几何距离分别计算所述三个自由度对应的各自风向风速测量仪距离上的线速度(即切线速度)和对应方向;对所述的三个自由度的线速度和对应方向进行矢量合成,求出每一时刻与平台罗经数据对应的三维风向风速测量仪高度点的风向风速值,该风速风向值即为船体摇摆、俯仰和船头转动带来的测量误差值;将船舶气象仪测得风向风速矢量减去所述误差矢量风,得到修正后的真实风速和风向。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶风向风速测量仪误差修正方法。
背景技术
海面气象观测是监测海洋天气***变化的重要手段。由于全球海洋面积占总面积70%,而大多天气***又来自于热带海洋,所以对海洋海面气象观测要求范围大。而海上岛屿甚少,大范围无法设站进行气象观测,所以船舶气象报是唯一有效观测手段。但由于大风浪过程各种船只的船体对风浪影响不同,产生的测量观测误差巨大,甚至到了无法有效的使用。更不要说精确使用。尤其是船体大小不同,吨位不同,船舶气象仪架设距海面高度不同产生误差相距甚远。特别在风浪天气过程更需要精准的船舶气象报数据支持。风浪越大,船舶气象报信息越重要,而此时船舶气象报所测风向风速的误差越大,甚至误差与实际真风速为同一量级,非常接近,这为气象信息应用带来了很大的误导。而全球海洋有几十万只船舶每天航行,如何把船舶气象报信息质量提高,为海上精准预报天气变化,为船舶航行安全,为人类减灾,本发明具有一定意义。
全世界现有船只气象水文观测都没有考虑船舶在风浪过程的摇摆俯仰和船头转动等大风浪过程中产生的船体响应带来船舶气象报信息误差产生的结果。本方法提出对未来提高船舶气象报信息的准确性具有一定作用。
发明内容
本发明针对以上问题的提出,而研制的一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,具有如下步骤:
—采集当前船舶的平台罗经或惯性导航***输出的三维船体摇摆、俯仰和船头转动三个自由度运动的角速度,记录所述三个角速度随时间的变化率;
—确定当前船舶的三个自由度的运动中心点,以及该中心点与船体风向测量仪之间的几何距离;通过该几何距离分别计算所述三个自由度对应的各自风速风向测量仪距离上的线速度(即切线速度)和对应方向;
—对所述的三个自由度的线速度和对应方向进行矢量合成,求出每一时刻与平台罗经数据对应的三维风向风速测量仪高度点的风向风速值,该风速风向值即为船体摇摆、俯仰和船头转动带来的测量误差值;将船舶气象仪测得风速矢量减去所述误差矢量风,得到修正后的真实风速和风向。
所述中心点与风速风向测量仪之间的几何距离的计算方法为:确定船体三个方向惯性转动惯量平面的转动轴,在围杆上船舶风速风向仪架设点,对三个平面的转动轴做垂直投影,确定该点与三个平面转动轴的垂直距离。
所述风速测量仪距离上的线速度的计算方法如下:三个惯性转动惯量确定平面转动轴与船舶气象测风仪架设点垂直距离乘以罗经仪给出的该平面转动速率,得出与该转动轴垂直方向的船舶气象测风仪所产生的该方向误差风速。
所述真实风速和风向的计算过程如下:
对于船头方向X轴即摇摆分量,传感架设桅杆测点至船体转动惯量中心点水平面距离应为桅杆上架设传感器点沿桅杆至转动惯量中心水平面的距离,即Rx;船体摇摆的角速度ωx顺时针为正,则:
其中:
船体俯仰角速度ωy
对于船体横向方向Y轴即俯仰分量:传感器架设桅杆测点与转动惯量中心点连线距离Ry。即桅杆上传感器架设点至转动惯量中心水平面垂直距离Rx和在转动惯量中心平面上垂直投影点与中心点距离构成的直角三角形斜边距离Rz;
船头转动角度ωz
对于船体平面垂直方向Z轴即转动分量:传感器架设桅杆测点至转动惯量中心水平面垂直投影点至转动惯量中心点距离Rz;
船体平台摇摆、俯仰和船头转动产生的误差风矢量
风为来向
记录船体在前后、左右和上下三个自由度运动的速度,记录所述三个速度随时间的变化率。
由于采用了上述技术方案,本发明提供的一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,为今后大风浪过程船舶气象测风仪加密观测提供可靠的技术保障。使风速在时间轴上加密观测成为可能。由于大风浪过程,对风速观测尤为重要,对其精度提高是解决当前船舶气象报风速测不准的大问题。该方法使用对提高船舶大风浪过程气象报精度提供支持。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明风速传感器与船舶运动中心点的距离计算示意图
图2为本发明带有坐标轴的船体正面示意图
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述:
如图1-图2所示:
一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,主要包括如下步骤:
首先,根据接收并采集当前船舶的平台罗经或惯性导航***输出的三维船体摇摆、俯仰和船头转动三个自由度运动的角速度,记录所述三个角速度随时间的变化率。
然后,确定当前船舶的三个自由度的运动中心点,以及该中心点与船体风向测量仪之间的几何距离,然后计算风速风向测量仪的线速度,通过该几何距离分别计算所述三个自由度对应的各自风速风向测量仪距离上的线速度(即切线速度)和对应方向。
风速合成步骤,对所述的三个自由度的线速度和对应方向进行矢量合成,求出每一时刻与平台罗经数据对应的三维风向风速测量仪高度点的风向风速值,该风速风向值即为船体摇摆、俯仰和船头转动带来的测量误差值;将船舶气象仪测得风速矢量减去所述误差矢量风,得到修正后的真实风速和风向。
进一步的,考虑到船舶的风速风向测量仪(风速传感器)所述中心点与风速风向测量仪之间的几何距离的计算方法为:确定船体三个方向惯性转动惯量平面的转动轴,在围杆上船舶风速风向仪架设点,对三个平面的转动轴做垂直投影,确定该点与三个平面转动轴的垂直距离。
所述真实风速和风向的计算过程如下:
所述真实风向风速的计算过程如下:
对于船头方向X轴即摇摆分量:传感器架设桅杆测点至船体转动惯量中心点水平面距离应为桅杆上架设传感器点沿桅杆至转动惯量中心水平面的距离,即Rx;船体摇摆的角速度ωx顺时针为正,则:
船体俯仰角速度ωy
对于船体横向方向Y轴即俯仰分量:传感器架设桅杆测点与转动惯量中心点连线距离Ry。即桅杆上传感器架设点至转动惯量中心水平面垂直距离Rx和在转动惯量中心平面上垂直投影点与中心点距离构成的直角三角形斜边距离Rz;
船头转动角度ωz
对于船体平面垂直方向Z轴即转动分量:传感器架设桅杆测点至转动惯量中心水平面垂直投影点至转动惯量中心点距离Rz;
船体平台摇摆、俯仰和船头转动产生的误差风矢量
风为来向
记录船体在前后、左右和上下三个自由度运动的速度,记录所述三个速度随时间的变化率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,具有如下步骤:
—采集当前船舶的平台罗经或惯性导航***输出的三维船体摇摆、俯仰和船头转动三个自由度运动的角速度,记录所述三个角速度随时间的变化率;
—确定当前船舶的三个自由度的运动中心点,以及该中心点与船体风向风速测量仪之间的几何距离;通过该几何距离分别计算所述三个自由度对应的各自风向风速测量仪距离上的线速度(即切线速度)和对应方向;
—对所述的三个自由度的线速度和对应方向进行矢量合成,求出每一时刻与平台罗经数据对应的三维风向风速测量仪高度点的风向风速值,该风速风向值即为船体摇摆、俯仰和船头转动带来的测量误差值;将船舶气象仪测得风向风速矢量减去所述误差矢量风,得到修正后的真实风速和风向。
2.根据权利要求1所述的一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,其特征还在于:所述中心点与风速风向测量仪之间的几何距离的计算方法为:确定船体三个方向惯性转动惯量平面的转动轴,在围杆上船舶风速风向仪架设点,对三个平面的转动轴做垂直投影,确定该点与三个平面转动轴的垂直距离。
3.根据权利要求1所述的一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,其特征还在于:所述风向风速测量仪距离上的线速度的计算方法如下:三个惯性转动惯量确定平面转动轴与船舶气象测风仪架设点垂直距离乘以罗经仪给出的该平面转动速率,得出与该转动轴垂直方向的船舶气象测风仪所产生的该方向误差风向和风速。
4.根据上述任意一项权利要求所述的一种船舶风向风速测量仪误差修正方法,其特征还在于:所述真实风向风速的计算过程如下:
对于船头方向X轴即摇摆分量:传感器架设桅杆测点至船体转动惯量中心点水平面距离应为桅杆上架设传感器点沿桅杆至转动惯量中心水平面的距离,即Rx;船体摇摆的角速度ωx顺时针为正,则:
船体俯仰角速度ωy
对于船体横向方向Y轴即俯仰分量:传感器架设桅杆测点与转动惯量中心点连线距离Ry,即桅杆上传感器架设点至转动惯量中心水平面垂直距离Rx和在转动惯量中心平面上垂直投影点与中心点距离构成的直角三角形斜边距离Rz;
船头转动角度ωz
对于船体平面垂直方向Z轴即转动分量:传感器架设桅杆测点至转动惯量中心水平面垂直投影点至转动惯量中心点距离Rz;
船体平台摇摆、俯仰和船头转动产生的误差风矢量
风为来向
记录船体在前后、左右和上下三个自由度运动的速度,记录所述三个速度随时间的变化率。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310236574.4A CN103308722B (zh) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | 一种船舶风向风速测量仪误差修正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310236574.4A CN103308722B (zh) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | 一种船舶风向风速测量仪误差修正方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103308722A true CN103308722A (zh) | 2013-09-18 |
CN103308722B CN103308722B (zh) | 2016-04-20 |
Family
ID=49134164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310236574.4A Active CN103308722B (zh) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | 一种船舶风向风速测量仪误差修正方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103308722B (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104614554A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-05-13 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 船基风速风向传感器基准误差自修正方法 |
CN105464903A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-04-06 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种风速风向仪的角度测量误差曲线的循环学习方法 |
CN105484939A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-04-13 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种风速风向仪的角度测量误差曲线的替代学习方法 |
CN107145647A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-09-08 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种船舶海面风速、风向测量数据偏差校正方法 |
CN108139478A (zh) * | 2015-10-23 | 2018-06-08 | 三菱电机株式会社 | 测风装置 |
CN109188019A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-01-11 | 华北电力大学 | 基于多重信号分类算法的三维风速风向测量方法 |
CN110412313A (zh) * | 2019-08-24 | 2019-11-05 | 大连理工大学 | 一种船舶真风测量装置的标定方法 |
CN112505801A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-16 | 国网湖南省电力有限公司 | 基于电网微地形观测数据的风场校正算法及*** |
CN116223842A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-06-06 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种船载平台风速测量修正方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001269839A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-10-02 | Toshiba Mach Co Ltd | 多軸工作機械の主軸頭位置誤差補正方法 |
CN2890954Y (zh) * | 2006-05-11 | 2007-04-18 | 国家海洋技术中心 | 船载海气动量通量自动测量*** |
CN102565451A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 中国航空工业集团公司第六三一研究所 | 通用飞机航行风向、风速的测算方法 |
-
2013
- 2013-06-14 CN CN201310236574.4A patent/CN103308722B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001269839A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-10-02 | Toshiba Mach Co Ltd | 多軸工作機械の主軸頭位置誤差補正方法 |
CN2890954Y (zh) * | 2006-05-11 | 2007-04-18 | 国家海洋技术中心 | 船载海气动量通量自动测量*** |
CN102565451A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 中国航空工业集团公司第六三一研究所 | 通用飞机航行风向、风速的测算方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104614554B (zh) * | 2014-12-29 | 2017-07-21 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 船基风速风向传感器基准误差自修正方法 |
CN104614554A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-05-13 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 船基风速风向传感器基准误差自修正方法 |
CN108139478A (zh) * | 2015-10-23 | 2018-06-08 | 三菱电机株式会社 | 测风装置 |
CN105484939A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-04-13 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种风速风向仪的角度测量误差曲线的替代学习方法 |
CN105464903B (zh) * | 2015-12-16 | 2018-06-05 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种准确获取角度测量误差曲线的方法 |
CN105464903A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-04-06 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种风速风向仪的角度测量误差曲线的循环学习方法 |
CN107145647A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-09-08 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种船舶海面风速、风向测量数据偏差校正方法 |
CN107145647B (zh) * | 2017-04-19 | 2020-06-30 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种船舶海面风速、风向测量数据偏差校正方法 |
CN109188019A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-01-11 | 华北电力大学 | 基于多重信号分类算法的三维风速风向测量方法 |
CN110412313A (zh) * | 2019-08-24 | 2019-11-05 | 大连理工大学 | 一种船舶真风测量装置的标定方法 |
CN110412313B (zh) * | 2019-08-24 | 2020-07-14 | 大连理工大学 | 一种船舶真风测量装置的标定方法 |
CN112505801A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-16 | 国网湖南省电力有限公司 | 基于电网微地形观测数据的风场校正算法及*** |
CN112505801B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-08-23 | 国网湖南省电力有限公司 | 基于电网微地形观测数据的风场校正算法及*** |
CN116223842A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-06-06 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种船载平台风速测量修正方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103308722B (zh) | 2016-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103308722B (zh) | 一种船舶风向风速测量仪误差修正方法 | |
CN103387038A (zh) | 减小船舶横摇运动的分析方法 | |
CN105841698B (zh) | 一种无需调零的auv舵角精确实时测量*** | |
Fer et al. | Autonomous ocean turbulence measurements using shear probes on a moored instrument | |
CN107063198A (zh) | 一种船载自稳定云台测量***及应用方法 | |
CN101793521A (zh) | 基于光纤陀螺惯性测量***的舰船横纵荡信息测量方法 | |
CN107145647B (zh) | 一种船舶海面风速、风向测量数据偏差校正方法 | |
CN109490906B (zh) | 一种基于激光雷达的船载波浪动态测量装置 | |
CN104880186B (zh) | 船舶离岸距离的检测方法及装置 | |
CN107657144B (zh) | 一种基于船舶ais和计程仪数据的近岸流场反演方法 | |
RU2467914C1 (ru) | Способ контроля мореходности судна и устройство для его осуществления | |
FI123871B (sv) | Förfarande och system för mätning av rörelser i sex frihetsgrader | |
CN111350214A (zh) | 多波束水下钢管桩桩位测量方法 | |
CN114781074A (zh) | 一种复杂环境下船舶仿真模拟及风险评估方法 | |
CN108253934B (zh) | 水下地形测量仿真方法及其仿真器 | |
CN104614554A (zh) | 船基风速风向传感器基准误差自修正方法 | |
CN202928573U (zh) | Gps无验潮水深测量测杆竖直实时控制装置 | |
CN103017793A (zh) | 一种舰载经纬仪的船摇视轴稳定的方法 | |
CN106123917A (zh) | 考虑外杆臂效应的捷联惯导***罗经对准方法 | |
CN107462912A (zh) | 一种船用gnss的航速航向稳定输出的滤波方法 | |
Wall et al. | The NATO Generic Destroyer—A Shared Geometry for Collaborative Research into Modelling and Simulation of Shipboard Launch and Recovery: Source Data | |
KR101307828B1 (ko) | 선박용 파고 측정장치 | |
CN107247848A (zh) | 一种基于大型跨河工程通航安全影响论证的实船试验方法 | |
Djebli et al. | The application of a smartphone in ship stability experiment | |
RU198953U1 (ru) | Устройство определения параметров движения судна |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |