船舶在海浪下的运动模型分析与舰船运动模拟平台的设计

海上航行环境恶劣,海浪干扰使船舶的摇荡运动不断加剧,从而威胁船舶的航行安全。因此,研究船舶在海浪下的运动模型和设计船舶控制系统对提高船舶航行的稳定性及安全性具有极为重要的意义。本文将通过建模的方式模拟实际船舶,研究船舶对海浪的响应,并且基于此设计船舶的运动模拟平台。     

虚拟海浪海洋环境模拟方法及应用

根据海浪理论及随机海浪的模拟方法和方钟圣所著《西北太平洋波浪统计集》的波浪资料,设计并编制了虚拟海浪海洋环境模拟软件,将《西北太平洋波浪统计集》的80个区块3 600份数据表的所有数据全部录入海洋环境数据库,初步完成了虚拟海浪海洋环境模拟流程和数据库界面的设计,将海浪虚拟化.以结构强度虚拟测试为例,介绍了外载定义过程船舶航行海况的设置方法,得到了海浪谱曲线和海况的波面运动图.研究结果表明:动态海况的显示技术和海洋环境数据库的配合使用,为船舶结构强度和总体性能虚拟测试提供了良好的测试环境.     

基于 OpenGL 的实时三维海浪可视化仿真

海浪虚拟仿真技术是海上虚拟作战平台模型库构建的重要组成,直接影响到平台运行的逼真性和可行性。论文首先以重力波为例,分析了对规则海浪模型的仿真方法,然后采用线性波浪叠加法和海浪谱理论,探讨了不规则海浪模拟及其三维生成算法,通过建立海面规则网格,调用O penG L函数库,实现了对真实海浪进行模拟,为建立海上虚拟作战平台海浪模型提供了一种技术方案。     

海浪模拟的三维仿真研究

讨论了海浪模拟的Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ模型和双叠加法模型,给出了在计算机上实现其三维仿真的具体方法,并从波面细化、颜色处理和光照控制三个方面提出了对海浪模拟效果改进的方法。     

基于Vega的虚拟海洋视景仿真研究

虚拟海洋视景仿真系统足虚拟现实技术在军事领域中的应用.由于海浪运动的随机性,虚拟海洋的计算机生成成为视景仿真领域的研究难点.文中详细讨论了两种海浪模型,重点研究Vega中海浪原理和海洋模块的计算机实现,基于Vega软件生成海浪.从效果图中可以看出,模拟的海浪效果比较好,能够满足实际应用的需求.     

船舶动力定位海浪环境的实时仿真与海浪谱分析

提出一种根据随机海浪频谱来实时模拟随机海浪的方法,它可以用于研究动力定位船舶及其控制系统在不同海况时的性能,该方法可以采用多种海浪谱来进行海浪的仿真,仿真结构利用了快速傅立叶变换FFT（Fast Fourier Transform)进行频谱分析,仿真程序可用于实际的动力定位船舶系统。     

双峰谱海浪的数值模拟技术研究

海上的波浪观测资料统计表明，海上纯风浪和纯涌浪的出现机会比较少，大部分以混合浪形式出现，其频谱结构多为双峰甚至多峰。研究双峰谱波浪的模型表述和数值模拟技术，对三种典型的双峰谱海浪进行了数值模拟，仿真结果表明了双峰谱海浪数值模拟的有效性。     

海浪磁场谱在航海上的应用

同浪高一样,海浪的频率对航海影响非常大,文中通过分析海浪磁场谱与海浪谱的关系,提出利用海浪磁场谱对海浪谱进行描述,并对海浪磁场谱在航海上的应用做了说明。     

基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法

针对海浪干扰下船舶控制系统存在的无效舵问题以及风、流干扰下观测器存在的静差问题,提出一种基于扩张状态卡尔曼原理的海浪滤波算法。该方法首先对船舶一阶Nomoto模型进行离散化,基于带遗忘因子的最小二乘法对模型中的参数进行辨识;以海浪二阶传递函数与一阶Nomoto模型建立用于海浪滤波的四阶状态方程,并以Nomoto模型中环境干扰与未建模动态组成的综合干扰项为扩张状态建立五阶状态方程,基于卡尔曼滤波算法设计海浪滤波器,在实现海浪滤波的同时消除干扰环境下状态观测静差问题。仿真结果表明,本文提出的海浪滤波算法能够有效的滤除船舶航向的高频信号并正确的估计出船舶的运动状态,显著减少了船舶航行时的无效舵问题。     

海浪磁场噪声的仿真与消除

基于J.T.Weave的海浪电磁场的理论模型和PM海浪谱,对海浪磁场噪声进行了仿真,通过分析海浪磁场的频谱特性,发现海浪磁场和远程目标磁场的频谱是分开的,利用低通滤波器消除海浪磁场噪声,从而提高对远程磁性目标的探测精度.     

海洋内波的红外探测

海洋内波是海洋中常见的现象,与表面波一样是海洋中的一种重要动力形式,其产生的流场会引起海表温度的微弱变化。随着红外遥感技术及各种红外传感器精度的不断提高,通过遥感探测内波所致海表温度的微弱变化来观测内波已经成为一种可能,但现阶段关于内波调制海表温度的具体机理还不清楚。     

基于BP神经网络的船舶水压场信号检测

船舶水压场信号总是淹没在大量的海浪杂波中,为了有效地从背景干扰中检测船舶水压场信号,文章籍海浪水压场近似服从正态分布的特性,在对接收到的海浪水压场信号进行AR建模的基础上,提取模型的自回归系数作为特征向量,采用BP神经网络进行信号检测。通过仿真数据对该检测方法进行验证,结果表明该方法简单而且易于实现,在低信噪比条件下,也能够达到较高的检测率。     

舰艇在海浪作用下的扰动仿真分析

实际海洋环境中舰艇受到多种因素的作用,对舰艇的操纵控制、船舶运动等方面产生了影响.本文基于非规则长峰波的数值仿真,提出舰艇在波浪影响下干扰力的计算方法.从频谱分析角度出发分析舰艇干扰力的主要影响因素,为仿真舰艇在海洋环境下运动提供思路.     

基于基波海洋建模的末制导雷达海杂波仿真

传统的海杂波建模方法考虑海面变化较少,导致仿真出的杂波与实际杂波相差较大。海洋表面风场具有随意性,而海情等级与海洋表面风场密切相关。为使海杂波仿真与作战环境相结合,提出了一种应用于基于基波海洋建模的末制导雷达海杂波仿真方法,并通过实验对方法进行了验证。     

大规模海浪交互模拟

提出了一种仿真拥有交互物体的大规模海洋场景的有效方法。首先采用复合动态网格来仿真海面网格;其次,采用基于频谱统计的FFT算法对非交互波浪进行仿真,求得非交互波浪的高度场;接着,以船行波为例,重点分析了交互波产生的位置和时机,通过引入仿真引擎和求解二维波动方程来实现对交互波的仿真,求得交互波的高度场。最后对两种波的高度场进行叠加,从而实现对海洋场景的整体仿真。实验结果表明,能在保证实时绘制的前提下达到较好的真实感,适用于拥有交互物体的大规模海洋场景的仿真。     

外海轻型码头结构环境荷载的统计分析

对外海轻型码头结构的波浪荷载和海流荷载进行了统计分析。给出一个波浪周期内,波浪荷载的均值系数和变异系数随相位角的变化,进而得出50年设计基准期内波浪荷载的均值系数和变异系数。使用Monte-Carlo方法研究了波浪荷载的概率分布类型。利用海洋平台已有的研究成果,给出了50年设计基准期内海流荷载的均值系数和变异系数。结果表明:对于外海轻型码头结构,可认为波浪荷载和海流荷载均服从极值I型分布;50年基准期波浪荷载的均值系数为1.166,变异系数为0.263,海流荷载的均值系数为1.269,变异系数为0.142。     

通州湾区域用海对近岸波浪场的影响

采用CCMP背景风场与Holland梯度风场模型叠加构建新的SWAN驱动风场,对台风"梅花"期间东中国海的波浪场进行数值模拟,并结合卫星数据进行验证,讨论了拖曳力系数饱和值的最适选取,以给小范围提供最佳波谱边界。运用SWAN自嵌套进行小范围数值模拟研究,结合波浪测站实测数据进行对比,对区域用海后保留通道的两种方案进行对比分析。结果表明,台风期间保留西通道较东通道有效波高更小,所取特征站位平均减幅0.10m,最大降幅达0.25m。     

超低频雷达反演海洋内波波长和振幅

利用超低频雷达探测海洋内波是海洋内波探测的新方法,该方法使用1Hz～100Hz频段的电磁波探测海洋内波并反演得到内波振幅和波长等参数.根据超低频电磁波在海水中、海气界面和内波界面处的传播特性以及海洋内波水下结构特点,建立了超低频雷达反演海洋内波振幅、波长模型,并分析了探测的回波信号,仿真结果表明,使用超低频雷达可以反演得到内波振幅和波长.     

舰船水压场频域检测的环境干扰特性分析

舰船水压场以其难于人工模拟性,被作为舰船的重要目标特性广泛应用于水中目标检测中,而对其进行频域检测又是最常用的舰船水压场信号检测方法。复杂多变的海洋环境中,诸多因素都对舰船水压场信号的频域检测性能产生显著影响,文章对在我国沿海不同海域获得的大量环境水压场数据进行分析,得到影响舰船水压场信号频域检测的主要因素,为水中目标探测器设计提供参考。