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申请/专利权人：中国人民解放军海军工程大学

摘要：本发明提供一种船载平台风速测量修正方法，包括：建立大地坐标系、舰船坐标系和相对坐标系；确定舰船上固定的测风仪在舰船坐标系中的位置坐标，并实时获取测量风速；通过舰船上固定的传感器实时获取舰船航行参数；计算舰船航向、横倾角和纵倾角在三个坐标系中的转换矩阵及逆矩阵；分别计算舰船横摇、纵摇及转向产生的风矢量，并以此计算舰船晃动产生的相对风速矢量；计算相对风速矢量造成的晃动误差；根据测量风速、晃动误差及舰船航速，计算得到修正后的真实风速。该方法基本消除了舰船晃动时倾斜导致的误差，补偿了舰船航速带来的误差，提高了测量风速相对于大地的准确性和精确性，传感器安装后的稳定性更高。

主权项：1.一种船载平台风速测量修正方法，其特征在于，包括：基于大地方向建立大地坐标系，基于舰船重心和水平静止时舰船艏向建立舰船坐标系，基于舰船重心和倾斜时舰船艏向建立相对坐标系；确定舰船上固定的测风仪在所述舰船坐标系中的位置坐标，并实时获取测量风速，该过程通过超声波风速测量技术来实现；通过舰船上固定的传感器组件6实时获取舰船航速、舰船艏向、横倾角、纵倾角、横摇角速度、纵摇角速度和转向角速度，所述传感器组件6的底部设置有安装件4，且安装件4的底端设置有承接柱2，所述承接柱2的内部安装有锁定机构3，每个所述传感器组件6均通过锁定机构3将安装件4固定在承接柱2的上方；计算所述舰船艏向、所述横倾角和所述纵倾角在三个坐标系中的转换矩阵及逆矩阵；分别计算舰船横摇、纵摇及转向产生的风矢量，并以此计算舰船晃动产生的相对风速矢量；计算所述舰船晃动产生的相对风速矢量对所述传感器的测量结果造成的晃动误差；根据所述测量风速、所述晃动误差及所述舰船航速，计算得到修正后的真实风速；在接收信号时，需要进行信号放大，其次在信号传播过程中，会有很多高频与低频的杂波干扰，需要进行信号滤波，提取所需信号，再进行检波，得到超声波的传输时间；为了保障测量的精度，要进行温度补偿，得出声速随温度的变化公式；所述超声波风速测量技术采用时差法；当传感器的距离固定时，根据顺风与逆风的速度差，推算出风速与风向；所述计算所述舰船艏向、所述横倾角和所述纵倾角在三个坐标系中的转换矩阵及逆矩阵具体包括：假设舰船艏向为θ，横倾角为α，纵倾角为β，横摇角速度为ωα，纵摇角速度为ωβ，转向时角速度为ωθ，所述测风仪的位置坐标为d′x,d′y,d′z，则三个坐标转换矩阵及相应的逆矩阵为： 所述分别计算舰船横摇、纵摇及转向产生的风矢量，并以此计算舰船晃动产生的相对风速矢量的具体过程包括：假设所述传感器检测得到的风速v′m＝x′y′0T，舰船航速vh＝xhyh0T，则计算舰船横摇产生的风矢量vα 其中，计算舰船纵摇产生的风矢量νβ 其中，，dxdydzT＝T-1αd′xd′yd′zT；计算舰船转向产生的风矢量vθ 其中，，dudvdw＝T-1βT-1αdxdydz；综合舰船横摇、纵摇及转向产生的风矢量，计算得到舰船晃动产生的相对风速矢量vr＝T-1θT-1βT-1αvα+T-1θvβ+vθ;计算所述舰船晃动产生的相对风速矢量对所述传感器的测量结果造成的晃动误差v′r的具体方式为：v′r＝ATαTβTθvr其中，所述根据所述测量风速、所述晃动误差及所述舰船航速，计算得到修正后的真实风速的具体过程包括：利用所述测量风速减去所述晃动误差，即vm＝v′m-v′r＝xmym0T；计算所述舰船坐标系下的风矢量vs＝xsys0，其中，xs＝x′-y′sinαsinβcosβcosα，ys＝y’cosβ；补偿所述舰船航速造成的测量误差，计算得到真实风矢量vv＝T-1θvs-vh；以正北方向为U轴、以正东方向为V轴建立大地坐标系UVW，以舰船重心为原点、以舰船水平静止时舰船艏向为Y轴建立舰船坐标系XYZ，以舰船重心为原点、以舰船倾斜时舰船艏向为Y′轴建立相对坐标系X′Y′Z′；其中，大地坐标系以W轴为中心旋转，当U轴转向舰船艏向时即为所述舰船坐标系，经横摇和纵摇后得到所述相对坐标系，舰船横摇为以Y′轴为中心旋转角度，纵摇为以X轴为中心旋转的角度；所述大地坐标系至所述相对坐标系的坐标转换矩阵为： 倾斜条件下，若大地坐标系中风矢量为vw＝u，v，0，则在相对坐标系中风矢量为v′w＝Tvw＝x′y′z′T；假设舰船坐标系中风矢量vs＝x，y，0-的测量结果为则，舰船坐标系下的风矢量vs＝xy0T中，x＝x′-y′sinαsinβcosβcosα，y＝ycosβ则，大地坐标系下的风矢量vw为vw＝T-1θvs所述传感器固定于舰船甲板上，所述传感器的y轴方向为舰船艏向，x轴方向为舰船右舷90°方向，所述测风仪采用超声波风速测量模块；所述传感器组件6的底部安装有托板5，所述安装件4固定在托板5底部，所述承接柱2的底端设置有基座1，所述安装件4包括支撑杆7和插接柱10，所述插接柱10和支撑杆7之间设置有凸环8，所述凸环8的底部贴装有顶部密封垫9；所述插接柱10的底部设置有螺纹套筒11和定位销12，所述承接柱2的顶部贴装有底部密封垫13，所述顶部密封垫9的内侧设置有凹槽14，所述凹槽14的内壁上设置有撑环15，所述撑环15的表面开设有定位槽16；所述锁定机构3的外侧安装有调控手轮23，所述调控手轮23与驱动轴21连接，所述驱动轴21的表面安装有支撑轴承22，所述驱动轴21的末端安装有主动锥形齿轮20，所述承接柱2的内部穿插有转动轴19，所述转动轴19的表面安装有从动锥形齿轮18，所述转动轴19的顶部设置有螺纹柱17。

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