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专利号: 2022109941217
申请人: 武汉科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种船舶姿态预测及船载水炮炮口角度调整方法,其特征在于,包括:S1,对船舶历史姿态数据进行去除异常值与缺失值数据预处理,从而得到平稳输入数据;

S2,基于长短期神经网络进行船舶姿态预测;

S3,对船载水炮平台和目标物体建立三维坐标系,求解在船舶运动状态下水炮与目标物体的水平角和俯仰角;

其中,对船载水炮平台和目标物体建立三维坐标系,具体包括:S311,水炮炮口坐标在三维坐标系{A}中表示为(x1,y1,z1)坐标系{A}经平移和旋转位移变化到坐标系{B},水炮位置发生位移变化和方位变化后,水炮炮口在坐标系{B}中表示为(x2,y2,z2),则任一点P在两坐标系{A}和{B}中都存在如下变换关系,其中, 为平移矢C量,用于描述{B}相对于{A}的位置, 为旋转矩阵用于描述{B}相对{A}的方位,P为过度坐标变化,{C}过度坐标系,{C}和{B}坐标原点相同,{C}与{A}方位相同,过度坐标变化,为{C}相对于{A}的平移矢量;

S312、基于公式(1)和公式(2)求解坐标(x2,y2,z2)在坐标系{A}中的表示坐标;

船舶姿态变化后水炮炮口在三维坐标系的位置,具体包括:

T

S321,基于采集的静止状态下船舶姿态角Wstatic=[wr,wp,wy]和t时刻船舶姿态角W(t)=T[wr(t),wp(t),wy(t)] ,得到船舶姿态变化为ΔW=W(t)‑Wstatic=[Δwr(t),Δwp(t),ΔwyT(t)],其中wr,wp,wy分别为船舶纵摇角、横摇角、艏摇角;

S322,测量得到坐标系{B}沿坐标系{A}的x,y,z轴位移xA,yA,zA,即S323,坐标系对应于轴x,y,z作转角为角度为θ的旋转变换,则Δwr(t),Δwp(t),Δwy(t)其旋转矩阵分别为:A B T

S324,其中,P= P=[x1,y1,z1] ,则船舶姿态变化后水炮炮口在坐标系{A}中坐标S325,船舶绕坐标系{A}任意轴转任意角度且位移任意距离后水炮炮口在坐标系{A}中A T的坐标点P=[x2,y2,z2];

所述求解在船舶运动状态下水炮与目标物体的水平角和俯仰角,具体包括:S331,基于建立的三维坐标系得到水炮炮口锁定目标物体的俯仰角α1和偏航角β1;

S332,基于所述公式APz求得船舶运动状态下水炮炮口位置变化后水炮炮口俯仰角α2和偏航角β2;

S333,计算得到水炮炮口需调整的俯仰角Δαt=α2‑α1和偏航角Δβt=β2‑β1;

S4,基于船舶姿态预测得到预测船载水炮炮口角度,并基于水平角、俯仰角和预测船载水炮炮口角度,对水炮炮口垂直和水平方向调整。

2.如权利要求1所述的船舶姿态预测及船载水炮炮口角度调整方法,其特征在于,步骤S1中对船舶历史姿态数据进行去除异常值与缺失值数据预处理,具体包括:S11,对船舶历史运动姿态样本数据x(t)进行计算,得到样本数据的局部最小值和局部最大值;

S12,将得到的局部最小值和局部最大值进行插值拟合运算,从而求得极大值和极小值包络线序列的均值,得到均值序列m1(t);

S13,利用 得到新序列 若新序列 不满足固有模态

函数的必要条件,则重复步骤S11‑S13,直到满足固有模态函数的必要条件时停止,记重复次数为k;

S14,历史姿态样本数据x(t)的一阶IMF分量为 用历史姿态样本数据x(t)减去c1(t),得到一个去掉高频成分的新信号r1(t)=x(t)‑c1(t);

S15,对r1(t)重复步骤S11‑S14,从而得到第二个IMF分量c2(t),重复上述过程,直到第n阶IMF分量cn(t)或其对应的余量rn(t)小于预设值,或残余分量rn(t)是常量或单调函数时,EMD分解过程即停止;

S16,最后得到的历史姿态样本数据x(t)由n阶IMF分量和残余分量rn(t)表示

3.如权利要求1所述的船舶姿态预测及船载水炮炮口角度调整方法,其特征在于,步骤S2中的长短期神经网络每个时刻的输入由三个部分组成,分别为上一个时刻的细胞状态ht‑1、上一个时刻的细胞记忆Ct‑1以及当前时刻的输入信息xt;

当前时刻的输入信息xt作为长短期神经网络的输入,对应的长短期神经网络的输入门、遗忘门、输出门t时刻的输出分别为it、ft、ot,其中,所述输入门用于输入当前时刻的输入信息xt和上一个时刻的细胞状态ht‑1,输出添加到细胞记忆,从而对细胞记忆进行更新得到更新后的细胞记忆Ct,所述输出门用于输入当前时刻的输入信息xt、上一个时刻的细胞状态ht‑1和更新后的细胞记忆Ct,输出更新后细胞状态ht所述遗忘门用于输入上一个时刻的细胞状态ht‑1和当前时刻的输入信息xt,输出遗忘信息ft。

4.如权利要求1所述的船舶姿态预测及船载水炮炮口角度调整方法,其特征在于,步骤S4中所述基于船舶姿态预测得到预测船载水炮炮口角度,并基于水平角、俯仰角和预测船载水炮炮口角度,对水炮炮口垂直方向调整,具体包括:S411,若Δαt=0,垂直方向不调整;

S412,若Δαt>0,垂直方向向下调整|Δαt+αt|;

S413,若Δαt<0,垂直方向向上调整|Δαt+αt|,其中,αt为基于长短期神经网络进行船舶姿态预测后计算得到的垂直方向的预测船载水炮炮口角度。

5.如权利要求1所述的船舶姿态预测及船载水炮炮口角度调整方法,其特征在于,步骤S4中所述基于船舶姿态预测得到预测船载水炮炮口角度,并基于水平角、俯仰角和预测船载水炮炮口角度,对水炮炮口水平方向调整,具体包括:S421,若Δβt=0,水平方向不调整;

S422,若Δβt>0,水平方向顺时针调整|Δβt+βt|;

S422,若Δβt<0,水平方向逆时针调整|Δβt+βt|,其中,βt为基于长短期神经网络进行船舶姿态预测后计算得到的水平方向的预测船载水炮炮口角度。