一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法与流程

本发明涉及预测，尤其涉及一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法。

背景技术：

1、浮标横摇模型对定位信息发射时间的影响主要体现在两个方面：信号发射的定时准确性和定位数据的可靠性。在海洋环境中，浮标经常用于各种应用，包括海洋观测、环境监测、水下定位和通信等。浮标在海浪中的动态运动，特别是横摇(即浮标左右摇摆的运动)，可能会影响到其搭载的传感器和通信设备的性能。

2、目前，通过北斗进行定位信息的发送存在以下不足：

3、1)浮标在海浪中横摇会导致其天线方向和姿态变化，这可能影响到信号发射的方向性和强度，从而影响接收方的信号接收时间和质量。

4、2)浮标上的定位设备(如gps、北斗等)通常定期或在特定事件触发下发射定位信息。如果浮标正在经历剧烈的横摇，那么它在不同时间点的位置可能会有显著差异，使得信号失真和传输错误。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，可以有效解决上述问题，提高北斗发射时间的准确性。

2、为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，包括如下步骤：

3、s1、获取横摇预测模型，所述横摇预测模型包括横摇倾角和横摇角速度；

4、s2、基于横摇预测模型，找到横摇倾角的极小值点ts作为北斗发射的预估时间点；

5、s3、引入时间窗口[ts-δt,ts+δt]，在该窗口内选择横摇倾角绝对值最小和横摇角速度小于阈值的时间点作为发射时间，δt为时间间隔。

6、作为本发明的优化方案，在步骤s1中，横摇预测模型的获取步骤为：

7、s1-1、建立横摇动力学模型，预测浮标在海浪总的动态响应；

8、

9、其中：i是浮标的转动惯量，θ(t)是横摇倾角，是横摇角速度，是横摇角加速度，c是阻尼系数，k是恢复力系数，f(t)是作用在浮标上的外力；

10、s1-2、通过海浪力建模，预测浮标在海中受到的海浪力，其中，海浪力表示为：

11、f'(t)＝ρgacos(ωt-kx)

12、其中：ρ是水的密度，g是重力加速度，a是波的振幅，ω是波的圆频率，k是波数，而x指的是沿波传播方向的位置坐标；

13、s1-3、将海浪力f'(t)代入横摇动力学模型，并使用runge-kutta方法求解横摇倾角θ(t)和横摇角速度得到下式：

14、

15、

16、其中：h是时间步长，k1、k2、k3、k4、l1、l2、l3和l4是四阶runge-kutta的中间向量值。

17、作为本发明的优化方案，在步骤s2中，具体步骤为：

18、s2-1、寻找零交叉点，寻找从正变负的点；

19、s2-2、在零交叉点附近使用二次插值来去确定横摇倾角的极小值点ts。

20、作为本发明的优化方案，在步骤s3中，时间间隔的选取方式为：

21、δt＝min(αv-1(stability),turgent,ctolerance×factor,ddelay)

22、其中：v(t)为海况变化率函数，turgent为发射任务的紧迫程度；ctolerance为通信链路的容错能力；ddelay为最大延迟时间。

23、作为本发明的优化方案，遍历时间窗口[ts-δt,ts+δt]内的每一个时间点t，筛选出满足以下两个条件的时间点：

24、1)横摇倾角绝对值最小：θ(t)的绝对值在窗口内最小；

25、2)横摇角速度小于阈值：其中：∈是预先设定的阈值，代表了允许的最大角速度；

26、3)在满足上述两个条件的所有时间点中，选择横摇倾角绝对值最小的那个时间点作为发射时间te，如果存在多个时间点满足条件，则可以选择最早的时间点。

27、作为本发明的优化方案，北斗发射后，收集信号传输质量数据反馈至横摇预测模型，进行横摇预测模型的改进。

28、作为本发明的优化方案，收集信号传输质量数据包括接收信号强度指示、误码率、信噪比、信号到达时间和信号相位差。

29、作为本发明的优化方案，横摇预测模型改进时，建立信号传输质量数据q与横摇倾角和横摇角速度的关系，关系模型为：

30、

31、其中：多项式回归模型a，b，c，d，e，f是回归系数。

32、本发明具有积极的效果：1)本发明通过实时监测和分析浮标的动态行为，预测海况相对平稳的时间窗口，从而优化信号发射时机，通过选择横摇倾角最小且角速度低于阈值的时间点作为发射时间，显著提高信号发射的准确性和定位数据的可靠性，确保在最佳的海洋条件下进行数据传输，减少信号失真和传输错误，最终提升整个定位系统的性能和效率；

33、2)本发明该方法通过实时监测和预测浮标在海浪中的动态响应，能够根据海况的变化自动调整发射时间，显著提升了发射系统对动态海洋环境的适应能力，减少了由横摇引起的信号失真，确保了信号传输的稳定性和准确性；

34、3)本发明通过预测横摇倾角的极小值点并结合二次插值算法，能够精确定位发射的最佳时间点，确保发射时浮标处于相对稳定状态。同时，引入时间窗口和阈值筛选机制，进一步优化了发射时机，提高了信号传输质量和效率；

35、4)本发明runge-kutta方法的应用使得系统能够实时计算浮标的动态行为，结合信号传输质量的实时反馈，实现了对发射时间的动态调整和快速响应，确保了发射决策的及时性和可靠性；

36、5)本发明通过收集信号传输质量数据并进行数据分析，能够持续校正和优化横摇预测模型，确保模型参数随时间推移和环境变化而保持准确，从而不断提高发射时间预测的精度。

技术特征：

1.一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：在步骤s1中，横摇预测模型的获取步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：在步骤s2中，具体步骤为：

4.根据权利要求3所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：在步骤s3中，时间间隔的选取方式为：

5.根据权利要求4所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：遍历时间窗口[ts-δt,ts+δt]内的每一个时间点t，筛选出满足以下两个条件的时间点：

6.根据权利要求5所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：北斗发射后，收集信号传输质量数据反馈至横摇预测模型，进行横摇预测模型的改进。

7.根据权利要求6所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：收集信号传输质量数据包括接收信号强度指示、误码率、信噪比、信号到达时间和信号相位差。

8.采用权利要求7所述的一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，其特征在于：横摇预测模型改进时，建立信号传输质量数据q与横摇倾角和横摇角速度的关系，关系模型为：

技术总结本发明涉及预测技术领域，尤其涉及一种基于浮标横摇模型的北斗发射时间预测方法，本发明通过实时监测和分析浮标的动态行为，预测海况相对平稳的时间窗口，从而优化信号发射时机，通过选择横摇倾角最小且角速度低于阈值的时间点作为发射时间，显著提高信号发射的准确性和定位数据的可靠性，确保在最佳的海洋条件下进行数据传输，减少信号失真和传输错误，最终提升整个定位系统的性能和效率。技术研发人员：刘天毅,陶肆,吴勇,陆颖,薛博文,王嘉怡受保护的技术使用者：南京市登塔科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2