一种基于改进的EMD分解的船舶升沉测量方法

本发明公开一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，属于船舶升沉测量。

背景技术：

1、舰船在海上航行时会产生包括三维线运动和三维角运动在内的六自由度运动，其中，沿载体系轴向的瞬时线运动分量是顺利开展远洋舰船间物资补给所必须的重要运动信息。捷联式惯性导航系统具有自主性强、能够连续实时地输出沿载体系轴向的比力信息。因此，对船舶瞬时线运动信息测量往往是基于捷联惯性导航系统原理实现。在基于捷联惯性导航系统进行瞬时线运动信息解算时，不仅受到低频疏勒效应的影响，同时垂向信息还存在发散问题。现有基于惯导的升沉测量中，基于惯导的组合测量方法存在舒勒效应、地球自转等因素影响，使得在加速度数据进行二次积分后发散等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，以解决现有技术中，基于惯导的船舶升沉测量的加速度数据进行二次积分后发散的问题。

2、一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，包括：

3、s1使用捷联惯性导航系统经过机械编排获得横滚角、俯仰角和航向角信息，构造由载体坐标系系转换到导航坐标系的方向余弦矩阵，通过捷联惯性导航系统输出的垂向加速度信息和当地重力获得船舶升沉加速度；

4、s2采用emd分解获得不同本征模态分量，并对不同本征模态分量进行频谱分析，根据频谱图以及先验知识，将低频所对应的本征模态分量去除掉，并将剩下的本征模态分量进行重构，获得重构后的加速度信息；

5、s3根据重构后的加速度信息进行一次积分获得速度，并对进行emd分解，得到不同速度本征模态分量，对序号进行幂集表示，获得不同非空子集的组合序号；

6、s4将不同组合进行重构获得的速度，与组合导航输出的天方向速度进行绝对值差之和的损失函数最小，获得绝对值差之和的损失函数最小的数值以及索引号，获得重构速度信息，并对进行一次积分获得船舶升沉运动信息。

7、采用emd分解获得不同本征模态分量包括：

8、；；

9、式中，为船舶升沉加速度不同本征模态函数，为分解的本征模态函数的个数，为第个本征模态函数。

10、获得重构后的加速度信息包括：

11、；；

12、式中，为去除的低频分量对应的本征模态分量。

13、根据重构后的加速度信息进行一次积分获得速度包括：

14、。

15、将不同组合进行重构获得的速度，与组合导航输出的天方向速度进行绝对值差之和的损失函数最小为：

16、；

17、式中，为组合导航输出的天方向的速度。

18、获得重构速度信息包括：

19、；。

20、对进行一次积分获得船舶升沉运动信息包括：

21、。

22、相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的基于改进emd分解的船舶升沉测量方法通过频谱图分析去除低频分量，显著提高了信号的准确性，并通过重构和积分处理准确获得速度信息。利用幂集方法优化本征模态分量组合，确保了重构信号的精确性。采用绝对值差之和损失函数最小化策略，有效减少了测量误差，从而提高了测量精度。整个过程计算效率高，适合实时应用，显著提升了船舶升沉测量的可靠性和精度。

技术特征：

1.一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，采用emd分解获得不同本征模态分量包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，获得重构后的加速度信息包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，根据重构后的加速度信息进行一次积分获得速度包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，将不同组合进行重构获得的速度，与组合导航输出的天方向速度进行绝对值差之和的损失函数最小为：

6.根据权利要求5所述的一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，获得重构速度信息包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于改进的emd分解的船舶升沉测量方法，其特征在于，对进行一次积分获得船舶升沉运动信息包括：

技术总结本发明公开一种基于改进的EMD分解的船舶升沉测量方法，属于船舶升沉测量技术领域，用于船舶升沉测量，包括根据对升沉加速度进行频谱图分析去掉低频分量所在的IMF，将剩下的IMF进行重构和积分后获得速度；对速度进行EMD分解，获得不同本征模态分量，对不同本征模态分量采用幂集，获得非空子集的不同组合序号，并将不同序号构成的速度与组合导航获得的速度之间采用绝对值差之和损失函数，使其最小，获得最小值对应的数值与索引号，从而获得重构信号的本征模态分量组合序号，对重构的速度信息进行一次积分从而获得船舶升沉运动信息。本发明显著提高了信号的准确性，确保了重构信号的精确性。技术研发人员：马跃,尹智慧,王胜利,马昕,郑慧莹,郭忠磊,陈长林,姜洋,阳凡林,刘振,谢晓园受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25