10、船舶动力定位与时间序列变点检测方法解析

船舶动力定位与时间序列变点检测方法解析

船舶动力定位系统模型

船舶动力定位系统在复杂海洋环境中面临着多种干扰，准确建模对于实现精确控制至关重要。
- 动力学模型 ：动力定位船舶的动力学模型表示为 (M \dot{v}(t) = -Dv(t) + \tau(t) + D_0(t) + D_1(t))。其中，(\tau = [\tau_1, \tau_2, \tau_3]) 是一个三维列向量，分别代表纵荡力 (\tau_1)、横荡力 (\tau_2) 和横荡力矩 (\tau_3)。(D_0(t)) 表示缓慢变化的环境干扰，如风和海流等；(D_1(t)) 表示成熟周期的长峰波干扰。惯性矩阵 (M) 由水动力附加惯性组成：
[
M =
\begin{bmatrix}
m - X_{\dot{u}} & 0 & 0 \
0 & m - Y_{\dot{v}} & mx_G - Y_{\dot{r}} \
0 & mx_G - N_{\dot{v}} & I_Z - N_{\dot{r}}
\end{bmatrix}
]
这里 (m) 是船舶的质量，(X_{\dot{u}} < 0)、(Y_{\dot{v}} < 0)、(N_{\dot{r}} < 0) 分别是船舶沿相应轴加速时纵荡、横荡和偏航的附加质量。由于船舶在海面航行时会受到波浪漂移和层流摩擦的影响，会产生一个严格正的线性阻尼矩阵 (D)：
[
D =
\begin{bmatrix}
-X_u & 0 & 0 \