【摘要】：隨著海洋資源的開發(fā)利用,海洋中波浪測量成為關(guān)鍵的研究對象。本文針對目前實驗室波浪測量中存在的一些問題,提出了基于慣性測量元件在波浪測量工程中的應(yīng)用。本文研究的主要內(nèi)容如下:本文對慣性測量元件加速度計和陀螺儀的工作原理及其輸出模式進行了研究,將慣性測量元件陀螺儀輸出的姿態(tài)角與慣性導航系統(tǒng)理論相結(jié)合,建立了常用坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣模型,即姿態(tài)矩陣;利用姿態(tài)矩陣將慣性測量元件加速度計輸出的加速度從載體坐標系轉(zhuǎn)換到試驗所需的地理坐標系,研究了姿態(tài)矩陣的解算算法:方向余弦法、四元數(shù)法及歐拉角法;分別利用了五點三次滑動平均法和均值法去除原始加速度信號中的毛刺和直流分量,采用時域積分算法中的Simpson公式對去除毛刺和直流分量后的加速度信號進行積分處理;研究了多項式趨勢項的消除算法,即最小二乘法、滑動平均法及數(shù)字濾波法,利用三種算法消除了積分過程中的多項式趨勢項,對比分析了三種算法的多項式趨勢項消除效果。試驗結(jié)果表明,三種算法均能使得捷聯(lián)式波高測量儀的垂向位移曲線與電容式波高傳感器的實測液位曲線吻合較好;從平均周期相對誤差分析可得,兩種儀器的平均周期相對誤差幾乎為0,表明了捷聯(lián)式波高測量儀的波浪周期測量精度高;從平均波高相對誤差和平均峰值誤差分析可得,滑動平均法的平均波高相對誤差和平均峰值誤差均小于最小二乘法、數(shù)字濾波法,表明了滑動平均法使得捷聯(lián)式波高測量儀的波高測量精度更高;從平均波高相對誤差分析可得,對于同一周期,不同波高的工況,兩種儀器的平均波高相對誤差隨著波高的增加而增大,對于同一波高,不同周期的工況,兩種儀器的平均波高相對誤差隨著周期的增加而增大。該試驗證明了本文提出的波浪測量方法對波浪周期、波高測量的可行性。研究了波浪從波峰到波谷的變化過程,統(tǒng)計在波浪下跨零點時XY方向速度的夾角落在各個角度區(qū)間的頻率,頻率最大的角度區(qū)間即為波向,試驗結(jié)果表明,XY方向速度的夾角落在ESE~SE角度區(qū)間的頻率最大,則波向位于ESE~SE角度區(qū)間,符合當時的試驗情況。該試驗證明了本文提出的波浪測量方法對波浪波向測量的可行性。研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點及其學習算法,將橫滾角幅值、俯仰角幅值、航向角平均值、地理坐標系下的天向加速度幅值以及波浪的周期作為輸入層的神經(jīng)元,波高作為輸出層的神經(jīng)元,建立了Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波高預測模型,進行了Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波高預測模型的仿真與結(jié)果分析。試驗結(jié)果表明,Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波高預測達到了預期誤差0.01;從波高的平均相對誤差分析可得,Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平均相對誤差為5.2%,證明了Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對波高預測的可行性。
【圖文】：

圖 1-1 扭擺式微加速度計敏感結(jié)構(gòu) 圖 1-2 HolleyWell GG1178 陀螺圖 1-3 雙敏感質(zhì)量音叉式陀螺 圖 1-4 SF1500 高性能“三明治”電容綜上所述，慣性導航系統(tǒng)在國外的各行各業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而國內(nèi)在統(tǒng)的技術(shù)水平上和國外發(fā)達國家相比還存在一定的差距。.2 波浪測量儀器的研究現(xiàn)狀近年來，，由于海洋資源的開發(fā)和利用等方面的需要，波浪測量的研究得到了

圖 1-1 扭擺式微加速度計敏感結(jié)構(gòu) 圖 1-2 HolleyWell GG1178 陀螺圖 1-3 雙敏感質(zhì)量音叉式陀螺 圖 1-4 SF1500 高性能“三明治”電容綜上所述，慣性導航系統(tǒng)在國外的各行各業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而國內(nèi)在統(tǒng)的技術(shù)水平上和國外發(fā)達國家相比還存在一定的差距。.2 波浪測量儀器的研究現(xiàn)狀近年來，由于海洋資源的開發(fā)和利用等方面的需要，波浪測量的研究得到了
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P714.1

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本文編號：2651359