基于随船浪高仪的绝对波高测量系统及方法

本发明属于船舶试验，具体涉及一种基于随船浪高仪的绝对波高测量系统及方法。

背景技术：

1、实船耐波性或波浪载荷试验中，需要对试验区域的海浪情况进行测量，通常可采用浮标式浪高仪和随船浪高仪这两种方法。

2、在实验室水池模型耐波性试验中，可将浪高仪固定在随船一起航行的拖车上，从而能够测量入射波的绝对波面高程。然而，在实际海域中开展的实船试验，不存在用于安装随船浪高仪的稳定平台。因此，实船试验中的随船浪高仪通常固定在船首甲板上并延伸出甲板边线，一般可采用雷达测距、电容电阻测量等原理的浪高仪测量船体与波面的相对运动。然而，由于船体在波浪中会产生六自由度摇荡运动的，其搭载固定的浪高仪所测量的数据为船体与波浪之间的相对位移，而不是波浪的绝对波面高程。尽管在理论上可以基于船体运动数据对测量的相对波高进行修正以得到绝对波高，但是，船体的摇荡运动会导致浪高仪除了发生垂向的线位移外，还会产生水平方向的位移和绕船体重心的旋转运动。较小的船体横摇、纵摇角度也可能引起浪高仪的大幅水平线位移，这会导致其测量的波浪并非船体外某固定点处的。此外，由于船体横摇、纵摇角度引起的浪高仪的倾斜角度会导致其所测量的波高存在误差。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于随船浪高仪的绝对波高测量系统及方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，包括安装平台、铰链绳、撑杆、浪高仪、铰接头以及吊重块；

4、安装平台固设在船舶甲板上，并向外延伸出甲板；铰链绳上端连接安装平台伸出甲板的部分，铰链绳下端连接撑杆；撑杆通过铰接头连接吊重块；浪高仪固设在撑杆上，并与撑杆相互平行。

5、本发明还包括基于随船浪高仪的绝对波高测量方法，采用本发明提供的绝对波高测量系统，方法包括以下步骤：

6、s1、获取浪高仪的测量时历数据；

7、s2、获取船体重心位置处的六自由度运动姿态的时历数据，包括沿三个坐标轴的平动运动和绕三个坐标轴的转动运动；

8、s3、确定浪高仪与船体重心的相对位置坐标；

9、s4、计算由于船体运动引起的浪高仪位置处的垂向线位移；

10、s5、通过修正船体运动引起的浪高仪的垂向位移，计算得到绝对波面高程。

11、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

12、1、本发明测量系统能够安装在实船上，获取实船在海洋中所遭遇入射波的绝对波面高程；方案简便可行，采用普通浪高仪改进即可实现，仅对其转动自由度进行释放，而不需释放其垂荡自由度，通过对其垂荡自由度运动进行补偿修正，避免了使用高成本的惯性云台等装置。

13、2、本发明可扩展至多个浪高仪并形成阵列，从而测量船体周围多个位置点处的绝对波面高程，为短峰不规则波中船舶六自由度运动和复杂载荷分布提供了更全面的入射波绝对高程时历信息。

技术特征：

1.基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，其特征在于，包括安装平台、铰链绳、撑杆、浪高仪、铰接头以及吊重块；

2.根据权利要求1所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，其特征在于，铰链绳可进行无约束转动，且铰链绳不能被拉伸。

3.根据权利要求1所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，其特征在于，吊重块可绕铰接头进行无约束转动。

4.根据权利要求1所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，其特征在于，浪高仪的位置设置在水面高度的预设范围内。

5.根据权利要求1所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，其特征在于，采用惯性陀螺代替铰链绳，以进一步提高测量精度；

6.根据权利要求1所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量系统，其特征在于，在船舶上设置多套绝对波高测量系统，形成浪高仪阵列。

7.基于随船浪高仪的绝对波高测量方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的绝对波高测量系统，方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量方法，其特征在于，步骤s2中，沿三个坐标轴的平动运动即纵荡x(t)、横荡y(t)以及垂荡z(t)；

9.根据权利要求8所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量方法，其特征在于，根据以下公式计算由于船体摇荡所引起的船体上任意一点的空间位置：

10.根据权利要求7所述的基于随船浪高仪的绝对波高测量方法，其特征在于，步骤s5中，绝对波面高程ζ(t)的计算公式为：

技术总结本发明公开了一种基于随船浪高仪的绝对波高测量系统及方法，系统包括安装平台、铰链绳、撑杆、浪高仪、铰接头以及吊重块；安装平台固设在船舶甲板上，并向外伸出甲板；铰链绳上端连接安装平台伸出甲板的部分，铰链绳另一端连接撑杆；撑杆通过铰接头连接吊重块；浪高仪固设在撑杆上，并与撑杆相互平行；其中，铰链绳可进行无约束转动，且铰链绳不可被拉伸；吊重块可绕铰接头进行无约束转动；浪高仪的位置设置在水面高度的预设范围内。本发明简便可行，采用普通浪高仪稍加改进即可实现；本发明测量系统安装在实船上，即可获取实船在海洋中所遭遇入射波的绝对波面高程。技术研发人员：焦甲龙,徐文华受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16