專利名稱：基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及船舶動力定位裝置，尤其涉及一種基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法。
背景技術：
艏向測量系統(tǒng)是船舶航行中用于測量船舶艏向與地理北向夾角的系統(tǒng)?，F(xiàn)有的艏向系統(tǒng)通常包括(1)電羅經，用于測量艏向；(2)磁羅經作為艏向測量系統(tǒng)的備用測量裝置；(3)中央計算機，對電羅經測得的艏向數(shù)據(jù)進行故障判斷和數(shù)據(jù)融合處理。一般，船舶的艏向測量系統(tǒng)通常只配備一套電羅經，用于為艏向測量提供數(shù)據(jù)。由于艏向對于船舶動力定位系統(tǒng)具有關鍵作用，錯誤艏向將導致船舶位置丟失等一系列嚴重后果。因此，國際海事組織及各國船級社對于3級動力定位系統(tǒng)均規(guī)定需要同時安裝三個艏向傳感器。對于三 個艏向傳感器構成的冗余艏向測量系統(tǒng)，應確保其中單個艏向傳感器故障時，系統(tǒng)應可以對故障傳感器進行判斷并給出去除故障影響的艏向測量信息。因此，為了提高艏向測量系統(tǒng)測量的可靠性，將上述現(xiàn)有的艏向測量系統(tǒng)中電羅經的單套配備，提高為三套電羅經配備，即有三套電羅經用于測量數(shù)據(jù)，通常稱為三冗余型動力定位系統(tǒng)的艏向測量系統(tǒng)。常采用的方法是在三冗余艏向測量系統(tǒng)中采用表決算法對艏向測量信息進行處理。如圖I所示，為一個典型的三冗余動力定位系統(tǒng)的艏向測量系統(tǒng)所采用的結構，其由三個電羅經I構成，三個電羅經I分別測量艏向數(shù)據(jù)，然后，電羅經I通過串行通信接口，將測量得到的船舶艏向信息發(fā)送至中央計算機2，中央計算機2通過數(shù)據(jù)采集及處理程序控制數(shù)據(jù)采集端口，實時接收來自電羅經I的測量數(shù)據(jù)，并將收到的測量數(shù)據(jù)經過大數(shù)表決和數(shù)據(jù)融合，融合過程中，通過中央計算機2中的表決模塊3和加權模塊4的計算得到艏向融合值，各傳感器通常被賦予相同的權值，最后輸出艏向值。采用這種冗余技術后，艏向測量系統(tǒng)的可靠性較單羅經測量有所提高，但上述冗余結構仍存在以下不足(I)由于系統(tǒng)中，各傳感器數(shù)據(jù)融合的權值分配沒有充分到各傳感器實際測量中的性能差異，融合精度還有很大的提聞空間。(2)采用的大數(shù)表決方式，無法準確實現(xiàn)在有兩個電羅經發(fā)生故障情況下的故障表決。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺點，而提供一種基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其可以實現(xiàn)多數(shù)故障判斷，使得輸出結果具有更高的精度。本發(fā)明的目的是由以下技術方案實現(xiàn)的一種基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于采用以下步驟
第一步由艏向測量單元測出艏向值；第二步通過權值分配單元將艏向測量單元測量所得的艏向值，再通過方差自學習加權的方法得到各自的權值；第三步由故障初判斷單元將艏向測量單元的測量值進行加權求得測量均值覽，并
將三個傳感器的輸入值分別減去加權平均值 ，再對其求絕對值得El、E2、E3，然后，將E1、
E2、E3與門限值11作比較，若均小于門限值11，則認為無故障，直接進入數(shù)據(jù)融合單元進行數(shù)據(jù)融合；gEl、E2、E3中有任何一個大于tl，則認為出現(xiàn)故障，需要進行故障再判斷；第四步由故障再判斷單元分別將傳感器當前的輸入值與前一時刻系統(tǒng)的輸出值做差值，再取絕對值，若絕對值小于預定的門限值t2，且傳感器最近一段時間測的艏向變化率要與當前的舵角和航速所決定的艏向變化率相接近，則認為該傳感器正常；否則，判斷為故障；·第五步由數(shù)據(jù)融合單元將故障的數(shù)據(jù)排除后，對剩余的數(shù)據(jù)重新分配權值進行加權。所述艏向測量單元由三臺電羅經構成。所述權值分配單元采用一種基于方差自學習加權的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，該算法對待舊測量數(shù)據(jù)和新測量數(shù)據(jù)給予不同的權系數(shù)，使測量方差逐步趨于最優(yōu)的過程。所述故障初表決單元是由電羅經輸入數(shù)據(jù)、加權均值模塊、作差模塊和門限值判斷四部分依次串聯(lián)組成。所述故障再表決單元是通過在故障初表決單元中得到電羅經測量數(shù)據(jù)，求得各電羅經的測量值變化率，并將其與船舶運動的數(shù)學模型中艏向變化率進行比對，求得差值，再通過門限值判斷II實現(xiàn)故障判斷，比對的信息為各電羅經的當前數(shù)值變化率與當前船舶運動模型所決定的艏向變化率。所述第二步中的權值為
權利要求
1.一種基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于采用以下步驟 第一步由艏向測量單元測出艏向值； 第二步通過權值分配單元將艏向測量單元測量所得的艏向值，再通過方差自學習加權的方法得到各自的權值； 第三步由故障初判斷單元將艏向測量單元的測量值進行加權求得測量均值1，并將三個傳感器的輸入值分別減去加權平均值|，再對其求絕對值得E1、E2、E3，然后，將E1、E2、E3與門限值tl作比較，若均小于門限值tl，則認為無故障，直接進入數(shù)據(jù)融合單元進行數(shù)據(jù)融合；若E1、E2、E3中有任何一個大于tl，則認為出現(xiàn)故障，需要進行故障再判斷； 第四步由故障再判斷單元分別將傳感器當前的輸入值與前一時刻系統(tǒng)的輸出值做差值，再取絕對值，若絕對值小于預定的門限值t2，且傳感器最近一段時間測的艏向變化率要與當前的舵角和航速所決定的艏向變化率相接近，則認為該傳感器正常；否則，判斷為故障; 第五步由數(shù)據(jù)融合單元將故障的數(shù)據(jù)排除后，對剩余的數(shù)據(jù)重新分配權值進行加權。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于所述艏向測量單元由三臺電羅經構成。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于所述權值分配單元采用一種基于方差自學習加權的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，該算法對待舊測量數(shù)據(jù)和新測量數(shù)據(jù)給予不同的權系數(shù)，使測量方差逐步趨于最優(yōu)的過程。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于所述故障初表決單元是由電羅經輸入數(shù)據(jù)、加權均值模塊、作差模塊和門限值判斷四部分依次串聯(lián)組成。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于所述故障再表決單元是通過在故障初表決單元中得到電羅經測量數(shù)據(jù)，求得各電羅經的測量值變化率，并將其與船舶運動的數(shù)學模型中艏向變化率進行比對，求得差值，再通過門限值判斷II實現(xiàn)故障判斷，比對的信息為各電羅經的當前數(shù)值變化率與當前船舶運動模型所決定的艏向變化率。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于所述第二步中的權值為
7.根據(jù)權利要求I所述的基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，其特征在于所述故障再判斷單元中還設有故障輔助判斷單元，故障輔助判斷單元作為船舶運動過程的運動參數(shù)航速和舵角以及船舶運動的數(shù)學模型，用于輔助進行故障再表決。
全文摘要
一種基于改進表決算法的三冗余船舶動力定位艏向測量方法，采用以下步驟一測出艏向值；二并通過方差自學習加權的方法得到各自的權值；三將測量值進行加權求得測量均值，并將傳感器的輸入值分別減去加權平均值，再對其求絕對值，然后，將絕對值與門限值t1作比較，小于門限值t1的認為無故障，直接進行數(shù)據(jù)融合；若絕對值有大于t1的認為出現(xiàn)故障，需要進行故障再判斷；四將當前的輸入值與前一輸出值做差值后取絕對值，小于t2的且最近一段時間的艏向變化率要與當前的舵角和航速的艏向變化率相接近的認為正常；否則判斷為故障；五將故障數(shù)據(jù)排除后，對剩余的數(shù)據(jù)重新分配權值進行加權。本發(fā)明實現(xiàn)了多數(shù)故障判斷，使得輸出結果具有更高的精度。
文檔編號G01C1/00GK102944216SQ20121041991
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權日2012年10月29日
發(fā)明者丁福光, 劉菊娥, 孫行衍, 吳朝暉, 趙波, 陳翠和, 寧繼鵬, 黃福祥, 陳善瑤, 趙大威, 唐照東, 蔡連博 申請人:中國海洋石油總公司, 海洋石油工程股份有限公司, 哈爾濱工程大學