CN108008421A - 基于锚链张力的定位方法及卫星定位失灵的检测方法 - Google Patents

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任政儒
蒋致禹
施伟
宁德志
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Dalian University of Technology
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

Abstract

本发明提供了一种基于锚链张力的定位方法及卫星定位失灵的检测方法，该方法可以辅助现有船舶定位系统进行定位，可用于检测卫星定位失灵等故障，增强定位系统冗余度，提高操作安全性。对于已经安装响应锚链张力传感器的结构物，本方法不需要额外花费，仅通过软件升级便可实现响应功能。本发明的方法可以辅助现有船舶定位系统进行定位，可用于检测卫星定位失灵等故障，增强定位系统冗余度，提高操作安全性。对于已经安装响应锚链张力传感器的结构物，本方法不需要额外花费，仅通过软件升级便可实现响应功能。

Description

基于锚链张力的定位方法及卫星定位失灵的检测方法
技术领域
本发明涉及一种锚泊结构物的定位方法，特别涉及基于悬链线锚链张力的水面锚泊结构物的定位方法。
背景技术
全球定位系统(GPS)可以提供基于卫星的地表定位信息，然而其在某些极端情况下会出现失灵的情况，比如由于太阳耀斑引起的电离层突然骚扰。卫星定位系统失灵或者偏移对于海洋安全生产存在巨大隐患。对于锚泊辅助动力定位系统，当GPS等定位信息出现故障时，错误的定位信息会令结构物偏离预设值。从而可能会引起锚链及立管断裂，从而造成巨大的经济和环境损失。随着技术的进步，越来越多的水面船只及浮式生产设备配备了锚链张力传感器。该传感器可以提供实时的锚链拉力，从而进行锚链断裂及数据采集。
发明内容
本发明的目的是提出一种根据锚链张力来估算水面锚泊结构物位置的方法。该方法可以辅助现有船舶定位系统进行定位，可用于检测卫星定位失灵等故障，增强定位系统冗余度，提高操作安全性。对于已经安装响应锚链张力传感器的结构物，本方法不需要额外花费，仅通过软件升级便可实现响应功能。
本发明的技术方案：
基于锚链张力的定位方法及卫星定位失灵的检测方法，步骤如下：
(1)锚链5与浮式结构物2通过其上的转塔3连接，转塔3安装于浮式结构物2的导缆孔4内，定义锚链底部固定端6的位置为
(2)定义锚链5顶端的位置为p，该位置直接影响锚链5的拉力，通过连接在重力型悬链线锚链5上的张力传感器实时测量其拉力；所述的锚链5为重力型悬链线锚链；
(3)根据锚链5的张力正相关于锚链5顶端和锚链底部固定端6在海底的投影的直线距离，并且浮式结构物2的升沉运动在一段时间内引起的张力变化量平均值为0，因此，将任意时刻的锚链5张力转换为锚链底部固定端6距离导缆孔4在海底投影的距离Xi；锚链底部固定端6与转塔3中心在海底投影的直线距离为Xi+rt，其中，rt为转塔3的半径；
(4)选择至少三组锚的位置信息和锚到转塔中心的距离信息，实现浮式结构物2在海底的投影的定位；要求：每一采样周期寻找一点在位置p，使得该点距离所有的锚链距离与Xi+rt之差的平方和最小，即 故可知水面平面定位，从而得到实时的基于锚链张力的定位信息。
根据以上步骤得到的基于锚链张力的定位信息p含有均值为0噪声。其成因主要是由于锚链张力传感器噪声和锚泊结构物2的一阶波浪运动(包括围绕平衡点的水平方向上的运动和升沉运动)。假设两者为相互独立的白噪声源，那么两者合成的白噪声的协方差为两者协方差之和。所以需要通过观测器(扩展开尔曼滤波器或非线性观测器)来过滤噪声，从而得到最终的锚链张力定位信息。
卫星定位系统失灵时的故障检测方法：通常，定位是信赖卫星定位信号的。本发明所述的锚泊定位系统为备用信号源，对比由滤波器输出的基于锚链张力的定位信息和由卫星定位系统，如GPS，经过观测器得到的信号，如果两者之间差值超出预设范围，那么可以诊断出GPS偏移故障。卫星定位系统将自动切换到锚泊定位信号。如果当前定位偏差超出第一预设值，则产生一级警报信息；如果当前定位偏差超出第二预设值，则产生二级警报信息；如果当前定位偏差超出第三预设值，则产生三级警报信息。
本发明的有益效果：该方法可以辅助现有船舶定位系统进行定位，可用于检测卫星定位失灵等故障，增强定位系统冗余度，提高操作安全性。对于已经安装响应锚链张力传感器的结构物，本方法不需要额外花费，仅通过软件升级便可实现响应功能。
附图说明
图1是悬链线锚泊结构物的侧视图。
图2是锚链张力与锚到导缆孔间水平投影距离的关系图。
图3是悬链线锚泊结构物的转塔放大俯视图。
图4是悬链线锚泊结构物的俯视图。
图5是卫星定位系统失灵时的故障检测方法流程图。
图中：1海平面；2浮式结构物；3转塔；4导缆孔；5锚链；6锚链底部固定端；7海床。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
基于锚链张力的定位方法及卫星定位失灵的检测方法，步骤如下：
(1)锚链5与浮式结构物2通过其上的转塔3连接，转塔3安装于浮式结构物2的导缆孔4内，定义锚链底部固定端6的位置为
(2)定义锚链5顶端的位置为p，该位置直接影响锚链5的拉力，通过连接在重力型悬链线锚链5上的张力传感器实时测量其拉力；所述的锚链5为重力型悬链线锚链；
(3)根据锚链5的张力正相关于锚链5顶端和锚链底部固定端6在海底的投影的直线距离，并且浮式结构物2的升沉运动在一段时间内引起的张力变化量平均值为0，因此，将任意时刻的锚链5张力转换为锚链底部固定端6距离导缆孔4在海底投影的距离Xi；锚链底部固定端6与转塔3中心在海底投影的直线距离为Xi+rt，其中，rt为转塔3的半径；
(4)选择至少三组锚的位置信息和锚到转塔中心的距离信息，实现浮式结构物2在海底的投影的定位；要求：每一采样周期寻找一点在位置p，使得该点距离所有的锚链距离与Xi+rt之差的平方和最小，即 故可知水面平面定位，从而得到实时的基于锚链张力的定位信息。
根据以上步骤得到的基于锚链张力的定位信息p含有均值为0噪声。其成因主要是由于锚链张力传感器噪声和锚泊结构物2的一阶波浪运动(包括围绕平衡点的水平方向上的运动和升沉运动)。假设两者为相互独立的白噪声源，那么两者合成的白噪声的协方差为两者协方差之和。所以需要通过观测器(扩展开尔曼滤波器或非线性观测器)来过滤噪声，从而得到最终的锚链张力定位信息。
卫星定位系统失灵时的故障检测方法：通常，定位是信赖卫星定位信号的。本发明所述的锚泊定位系统为备用信号源，对比由滤波器输出的基于锚链张力的定位信息和由卫星定位系统，如GPS，经过观测器得到的信号，如果两者之间差值超出预设范围，那么可以诊断出GPS偏移故障。卫星定位系统将自动切换到锚泊定位信号。如果当前定位偏差超出第一预设值，则产生一级警报信息；如果当前定位偏差超出第二预设值，则产生二级警报信息；如果当前定位偏差超出第三预设值，则产生三级警报信息。

Claims (2)

1.一种基于锚链张力的定位方法及卫星定位失灵的检测方法，其特征在于，步骤如下：
(1)锚链底部固定端(6)与浮式结构物(2)通过其上的转塔(3)连接，转塔(3)安装于浮式结构物(2)的导缆孔(4)内，定义锚链底部固定端(6)的位置为
(2)定义锚链(5)顶端的位置为p，该位置直接影响锚链(5)的拉力，通过连接在重力型悬链线锚链(5)上的张力传感器实时测量其拉力；所述的锚链(5)为重力型悬链线锚链；
(3)根据锚链(5)的张力正相关于锚链(5)顶端和锚链底部固定端(6)在海底的投影的直线距离，并且浮式结构物(2)的升沉运动在一段时间内引起的张力变化量平均值为0，因此，将任意时刻的锚链(5)张力转换为锚链底部固定端(6)距离导缆孔(4)在海底投影的距离Xi；锚链底部固定端(6)与转塔(3)中心在海底投影的直线距离为Xi+rt，其中，rt为转塔(3)的半径；
(4)选择至少三组锚的位置信息和锚到转塔中心的距离信息，实现浮式结构物(2)在海底的投影的定位；要求：每一采样周期寻找一点在位置p，使得该点距离所有的锚链距离与Xi+rt之差的平方和最小，即 故可知水面平面定位，从而得到实时的基于锚链张力的定位信息。
2.一种卫星定位系统失灵时的故障检测方法，其特征在于，步骤如下：
基于锚链张力的定位信息p含有均值为0噪声，其成因是包括锚链张力传感器噪声和锚泊结构物2的一阶波浪运动；假设两者为相互独立的白噪声源，那么两者合成的白噪声的协方差为两者协方差之和；因此，通过观测器过滤噪声，从而得到最终的锚链张力定位信息；将已有的锚泊定位系统作为备用信号源，对比由滤波器输出的锚链张力定位信息和由卫星定位系统经过观测器得到的信号，如果两者之间差值超出预设范围，那么诊断出卫星定位系统偏移故障，卫星定位系统自动切换到锚泊定位系统；如果当前定位偏差超出第一预设值，则产生一级警报信息；如果当前定位偏差超出第二预设值，则产生二级警报信息；如果当前定位偏差超出第三预设值，则产生三级警报信息。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109507699A (zh) * 2018-12-03 2019-03-22 江苏本能科技有限公司 车用卫星定位校正方法及装置
CN114928401A (zh) * 2022-05-17 2022-08-19 重庆邮电大学 一种基于多智能体强化学习的leo星间链路的动态规划方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101687533A (zh) * 2007-05-16 2010-03-31 Agr深水发展系统股份有限公司 回拉-放出式锚泊系统及其使用方法
JP2012011845A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Penta Ocean Construction Co Ltd 緊張係留浮体構造物の設置方法及び緊張係留浮体構造物の設置用船
US20160075410A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Arcandra Tahar Tension-Leg Platform Anchoring System
CN107140129A (zh) * 2017-05-22 2017-09-08 交通运输部上海打捞局 水下沉船系固系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101687533A (zh) * 2007-05-16 2010-03-31 Agr深水发展系统股份有限公司 回拉-放出式锚泊系统及其使用方法
JP2012011845A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Penta Ocean Construction Co Ltd 緊張係留浮体構造物の設置方法及び緊張係留浮体構造物の設置用船
US20160075410A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Arcandra Tahar Tension-Leg Platform Anchoring System
CN107140129A (zh) * 2017-05-22 2017-09-08 交通运输部上海打捞局 水下沉船系固系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHENGRU R等: ""A tension-based position estimation approach for moored marine vessels"", 《IFAC-PAPERSONLINE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109507699A (zh) * 2018-12-03 2019-03-22 江苏本能科技有限公司 车用卫星定位校正方法及装置
CN114928401A (zh) * 2022-05-17 2022-08-19 重庆邮电大学 一种基于多智能体强化学习的leo星间链路的动态规划方法
CN114928401B (zh) * 2022-05-17 2023-07-07 重庆邮电大学 一种基于多智能体强化学习的leo星间链路的动态规划方法

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