CN108733951B - 船舶运动响应计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船舶运动响应计算方法和装置，涉及船舶运动预报的技术领域，该方法包括获取给定船体的计算位置，以及计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下运动响应的传递函数；根据传递函数，以及预先存储的方向扩散函数计算浪向综合传递函数；基于浪向综合传递函数和预先存储的海浪谱计算运动响应对应的响应谱距；输出响应谱距的运动响应列表。本发明提供的船舶运动响应计算方法和装置，简化了计算流程，提高了运算效率，有助于快速评估船舶在海浪中各运动幅度大小以及运动快慢程度等，进而对船舶方案设计、海上作业决策提供支撑。

Description

船舶运动响应计算方法和装置

技术领域

本发明涉及船舶运动预报领域，尤其是涉及一种船舶运动响应计算方法和装置。

背景技术

船舶在海上航行或作业时，由于受到波浪扰动的影响，会产生六自由度摇荡等运动响应。目前，为了改善这种影响，工程上通常采用传递函数结合海浪谱的方法进行运动响应预报，由于短峰海浪能考虑到海浪多方向传播的特点，被广泛应用于预报中。

现有利用短峰海浪谱进行运动响应预报的技术中，考虑到短峰海浪谱是海浪频率和传播方向两个变量的函数，如果需要预报的响应位置或者海浪条件较多，则需进行大量的数值运算，费时费力，计算效率非常低。

针对上述船舶运动响应预报中数值运算量大，计算效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船舶运动响应计算方法和装置，以缓解上述船舶运动预报中数值运算量大，计算效率低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种船舶运动响应计算方法，该方法包括获取给定船体的计算位置，以及计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数；其中，运动响应包括运动幅度和运动参数；根据传递函数，以及预先存储的方向扩散函数计算浪向综合传递函数；基于浪向综合传递函数和预先存储的海浪谱计算运动响应对应的响应谱距；输出响应谱距的运动响应列表。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述运动响应的传递函数为基于波浪圆频率和方向夹角的传递函数；上述根据传递函数，以及预先存储的方向扩散函数计算浪向综合传递函数的步骤包括：获取当前海浪工况条件下的方向夹角，根据方向夹角计算方向扩散函数，其中，方向夹角为波浪方向与主浪向的夹角；根据传递函数和方向扩散函数计算浪向综合传递函数，浪向综合传递函数表示为：

其中，RAO(ω,θ)为传递函数，D(θ)为方向扩散函数，ω为波浪圆频率，θ为方向夹角。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述基于浪向综合传递函数和预先存储的海浪谱计算运动响应对应的响应谱距的步骤包括：获取预先存储的海浪谱，海浪谱为短峰海浪谱；基于波浪圆频率和方向夹角对短峰海浪谱进行变量变换，生成基于长峰海浪谱和方向扩散函数的变量分离海浪谱，变换后的短峰海浪谱表示为：S(ω,θ)＝S(ω)·D(θ)，其中，ω为波浪圆频率，θ为方向夹角，S(ω,θ)为短峰海浪谱，S(ω)为长峰海浪谱，D(θ)为方向扩散函数，提取长峰海浪谱；根据长峰海浪谱和浪向综合传递函数计算运动响应对应的响应谱距。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述根据长峰海浪谱和浪向综合传递函数计算运动响应对应的响应谱距的步骤包括：通过将浪向综合传递函数和长峰海浪谱对波浪圆频率进行单重积分，计算运动响应对应的响应谱距，响应谱距表示为：

其中，m_n代表响应谱距的n阶谱矩；ω_max为积分上限；ω_min为积分下限。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，输出响应谱距的运动响应列表的步骤包括：根据响应谱距计算当前计算位置下，运动响应的均方差和/或响应周期；输出包含均方差和/或响应周期的运动响应列表。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述输出响应谱距的运动响应列表之前，上述方法还包括：判断获取的给定船体的计算位置是否包括循环位置；如果否，生成当前计算位置下，响应谱距的运动响应列表；如果是，依次获取循环位置中的计算位置，继续执行运动响应计算的过程。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述输出响应谱距的运动响应列表之前，上述方法还包括：判断海浪工况条件是否包含多个循环工况；如果否，生成当前计算位置下，响应谱距的运动响应列表；如果是，依次获取海浪工况条件，查找运动响应的传递函数，继续执行运动响应计算的过程。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：根据运动响应列表评估船舶在当前海浪工况条件下的运动性能，以对海上作业决策进行辅助。

第二方面，本发明实施例还提供一种船舶运动响应计算装置，包括：查找模块，用于获取给定船体的计算位置，以及上述计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数；其中，运动响应包括运动幅度和运动参数；第一计算模块，用于根据上述传递函数，以及预先存储的方向扩散函数计算浪向综合传递函数；第二计算模块，用于基于上述浪向综合传递函数和预先存储的海浪谱计算上述运动响应对应的响应谱距；输出模块，用于输出上述响应谱距的运动响应列表。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，输出模块还用于：根据上述响应谱距计算当前计算位置下，运动响应的均方差和/或响应周期；输出包含均方差和/或响应周期的运动响应列表。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的船舶运动响应计算方法和装置，能够在获取到给定船体的计算位置和运动响应后，查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数，计算浪向综合传递函数，进而结合海浪谱，计算运动响应对应的响应谱距，并输出运动响应列表，上述计算过程，对海浪中船舶运动计算方法进行了改进，提出了浪向综合传递函数的新概念，可预先进行计算，简化后续求解响应谱距时的计算过程，避免求解响应谱距时出现大量的数值计算，提高了运算效率，有助于快速评估船舶在海浪中各运动幅度大小以及运动快慢程度等，进而对船舶方案设计、海上作业决策提供支撑。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种船舶运动响应计算方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种船舶运动响应计算方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种船舶运动响应计算方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种船舶运动响应计算装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

船舶在海上航行或作业时，通常会受到波浪扰动的影响，进而产生6个自由度摇荡等运动响应。目前，工程上主要采用传递函数结合海浪谱进行运动响应的预报。

根据海浪传播方向是否固定，可分为长峰海浪和短峰海浪，所谓长峰海浪是指波浪只沿固定方向传播，波峰线为直线并且彼此平行，对应的长峰波浪谱函数仅为频率的函数(也称频谱)，而实际海上波浪大多为短峰海浪，海浪的传播是多方向的，因此工程上经常需要进行短峰海浪中的运动响应预报，相应的短峰波浪谱函数为频率和传播方向的函数。

在船舶设计，特别是性能优化阶段，为了准确掌握船舶的运动性能和水平，往往需要进行大量实际海浪中的运动响应预报，因此，短峰海浪中船舶运动响应的计算效率非常重要。

目前，利用短峰海浪谱进行运动响应预报时，由于短峰海浪谱是海浪频率和传播方向两个变量的函数，因此需要采用双重数值积分进行求解，对多个计算位置和海浪条件工况依次进行计算，具体计算过程可以包括以下步骤：

(1)获得船体给定位置下不同浪向的运动响应传递函数；

(2)根据预报海域的波浪高度和周期确定短峰海浪谱函数；然后，双重积分计算各响应谱距，从而求解各运动响应；

(3)判断计算位置和海浪工况是否循环，求解各运动响应。

算法循环体中，需要多次计算运动响应传递函数，多次双重积分求解各响应谱距，数值运算量大，计算成本高，效率非常低。基于此，本发明实施例提供的一种船舶运动响应计算方法和装置，可以缓解上述船舶运动预报中数值运算量大，计算效率低的技术问题。

为便于对本发明实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种船舶运动响应计算方法进行详细介绍。

在一种实施方式中，本发明实施例提供了一种船舶运动响应计算方法，参见图1所示的船舶运动响应计算方法流程图，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取给定船体的计算位置，以及计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数；

其中，上述计算位置为船体上的给定位置，每个计算位置对应的运动响应包括运动幅度和运动参数，具体的，运动幅度可以是运动的最大值、有义值、平均值或均方差等，运动参数可以是船舶的六自由度摇荡，如横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡，以及其他类型的位移、速度和加速度运动等，也可以是其他运动幅度和运动参数，本发明实施例对此不进行限制。

具体实现时，可根据预先存储的函数库查找各给定计算位置当前海浪工况条件下的运动响应的传递函数，预先存储的函数库可通过预先数值计算或者模型试验等方法建立，传递函数可以是数学函数，也可以是函数曲线，本发明实施例对此不进行限制。

步骤S104，根据传递函数，以及预先存储的方向扩散函数计算浪向综合传递函数；

其中，方向扩散函数为方向夹角的函数，方向夹角为波浪方向与主浪向的夹角，方向扩散函数即为当前海浪传播方向的函数，浪向综合传递函数为波浪圆频率的函数，是考虑了上述方向扩散函数影响的传递函数，可通过对上述传递函数以及方向扩散函数单重积分得到。

步骤S106，基于浪向综合传递函数和预先存储的海浪谱计算运动响应对应的响应谱距；

其中，上述海浪谱为当前海浪工况条件下的海浪谱函数，可根据预先存储的函数库计算得到，响应谱距为各给定计算位置当前海浪工况条件下的运动响应的响应谱距，可通过对上述浪向综合传递函数以及海浪谱函数单重积分得到。

步骤S108，输出响应谱距的运动响应列表。

具体实现时，运动响应列表中的参数可以包含上述给定船体的计算位置，以及各计算位置对应的运动幅度、运动参数的均方差和响应周期等，也可以包括其他参数，本发明实施例对此不进行限制。其中，运动响应列表中的参数可以利用各运动响应对应的响应谱距计算得到。得到运动响应列表中的相关参数后，可通过评估各参数，例如运动幅度大小以及运动快慢程度等，进而对船舶方案设计、海上作业决策提供支撑。

本发明实施例提供的船舶运动响应计算方法，能够在获取到给定船体的计算位置和运动响应后，查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数，计算浪向综合传递函数，进而结合海浪谱，计算运动响应对应的响应谱距，并输出运动响应列表，上述计算过程，对海浪中船舶运动计算方法进行了改进，提出了浪向综合传递函数的新概念，可预先进行计算，简化后续求解响应谱距时的计算过程，避免求解响应谱距时出现大量的数值计算，提高了运算效率，有助于快速评估船舶在海浪中各运动幅度大小以及运动快慢程度等，进而对船舶方案设计、海上作业决策提供支撑。

具体实施时，本发明实施例中的运动响应的传递函数为基于波浪圆频率和方向夹角的传递函数，而方向扩散函数为方向夹角θ的函数，θ为波浪方向与主浪向的夹角，因此，上述计算浪向综合传递函数的过程，可以先获取方向夹角，进而确定出传递函数和方向扩散函数，以便于进行浪向综合函数的计算。

基于此，本发明实施例提供了另一种船舶运动响应计算方法，如图2所示的另一种船舶运动响应计算方法的流程图所示，包括以下步骤：

步骤S202，获取给定船体的计算位置，以及计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数；其中，运动响应包括运动幅度和运动参数；

其中，上述计算位置为船体上的给定位置，具体可以是船舶进行海上作业对应的船体上的位置，也可以是驾驶员所在舱室的位置，还可以是乘客休息、餐饮、娱乐所在舱室的位置。当计算位置是船舶进行海上作业对应的船体上的位置时，可以根据当前位置的运动响应计算结果评估海上作业的安全性，并及时根据结果进行船舶姿态调整；当计算位置是乘客休息所在舱室的位置时，可以根据当前位置的运动响应计算结果评估舱室位置的舒适度，若运动幅度或速度过大，可及时进行调整。此外，还可根据计算位置的运动响应结果为船舶方案设计和性能优化提供参考。

步骤S204，获取当前海浪工况条件下的方向夹角，根据方向夹角计算方向扩散函数；

其中，上述方向夹角为波浪方向与主浪向的夹角，方向扩散函数为方向夹角的函数，具体求解时，可采用理论扩散函数，以工程上通常取cos(余弦函数)平方的形式为例，可表示为：

其中，θ为方向夹角；在实际使用时，上述方向扩散函数的表达式也可有其他形式，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

步骤S206，根据传递函数和方向扩散函数计算浪向综合传递函数。

其中，浪向综合传递函数是基于波浪圆频率ω的函数，其表达式为：

其中，RAO(ω,θ)为传递函数，D(θ)为上述方向扩散函数，ω为波浪圆频率，θ为方向夹角。

具体实现时，上述浪向综合传递函数

的表达式可通过对现有响应谱距公式进行推导得到，具体推导过程如下：

考虑到上述运动响应可以是摇摆运动、上下升沉运动的运动幅度大小、运动速度或加速度中的任何一个，为了便于描述，用x代替，根据船舶运动响应预报理论，短峰海浪中船舶的任一个运动响应的响应谱计算公式可以表达为

其中ω为波浪圆频率，θ为方向夹角，即波浪方向与主浪向的夹角，取值范围一般为[-π/2,π/2]；RAO_x(ω,θ)为运动响应x的传递函数，该函数通常可以采用数值计算或者模型试验方法得到不同变量ω和θ所对应的函数值；S(ω,θ)为短峰海浪谱。

在具体求解响应谱的各阶谱矩时，积分的处理步骤如下：

其中m_n代表所述响应谱距的n阶谱矩；ω_max为积分上限；ω_min为积分下限；根据海浪理论，上述短峰海浪谱S(ω,θ)可以写成：

S(ω,θ)＝S(ω)·D(θ) (2)

其中，S(ω)为海浪频谱，仅为波浪圆频率ω的函数，将上述短峰海浪谱(2)带入公式(1)的响应谱距公式中，则有：

进一步，通过积分顺序变换，可得：

由此可以推到出浪向综合传递函数的表达式，表示为：

基于上述浪向综合传递函数的推导过程，在具体求解响应谱的各阶谱矩时，可以先通过上述步骤S206计算出上述浪向综合传递函数，然后基于该浪向综合传递函数，以及下述步骤，进一步计算运动响应对应的响应谱距，具体计算过程如下述步骤S208～S214所示。

步骤S208，获取预先存储的海浪谱，该海浪谱为短峰海浪谱；

考虑到海浪多方向传播的特点，此时采用短峰海浪谱进行辅助运动响应的方式，具体实施时，可在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件(包括波高、周期等条件)下的短峰海浪谱。

步骤S210，基于波浪圆频率和方向夹角对短峰海浪谱进行变量变换，生成基于长峰海浪谱和方向扩散函数的变量分离海浪谱；

变换后的短峰海浪谱表示为：

S(ω,θ)＝S(ω)·D(θ)

其中，ω为波浪圆频率，θ为方向夹角，(ω,θ)为短峰海浪谱，(ω)为长峰海浪谱，(θ)为方向扩散函数；其中，方向扩散函数可以采用步骤S204的形式，长峰海浪谱可采用理论波浪谱公式，如：

式中，H_s和T₁分别为波浪的有义波高和平均周期，ω为波浪圆频率。其中，该理论波浪谱公式仅是本发明实施例提供的一种优选公式，实际操作时，也可通过其他方式进行求解，本发明实施例对此不进行限制。

步骤S212，提取长峰海浪谱，根据长峰海浪谱和浪向综合传递函数计算运动响应对应的响应谱距；

此时，长峰海浪谱S(ω)仅为波浪圆频率ω的函数，上述步骤S212计算运动响应对应的响应谱距的过程可以包括：

通过将浪向综合传递函数和长峰海浪谱对波浪圆频率进行单重积分，计算运动响应对应的响应谱距，此时，根据上述步骤S206的推导过程，该响应谱距表示为：

其中，m_n代表响应谱距的n阶谱矩；ω_max为积分上限，工程上通常取2.5(rad/s)～3.0(rad/s)；ω_min为积分下限，工程上通常取0.05(rad/s)～0.1(rad/s)。具体地，该响应谱距的公式，可以由公式(1)推导得出，其推导过程如下：

步骤S214，输出响应谱距的运动响应列表。

具体实现时，本发明实施例提供的船舶运动响应计算方法中，输出上述响应谱距的运动响应列表的步骤包括：(1)根据响应谱距计算当前计算位置下，运动响应的均方差和/或响应周期；(2)输出包含均方差和/或响应周期的运动响应列表。

其中，运动响应的均方差可表示如下：

其中，σ_x为运动响应x的均方差，运动响应x指某一运动响应，可以包括前述运动幅度，运动参数等，运动幅度可以是运动的最大值、有义值、平均值或均方差等，运动参数可以是船舶的六自由度摇荡，如横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡，以及其他类型的位移、速度和加速度运动等，也可以是其他运动幅度和运动参数，本发明实施例对此不进行限制。

m₀为运动响应x的0阶响应谱距，可通过上述步骤S212计算的响应谱距计算，具体地，将上述响应谱距表达式中的n取0进行计算。

运动响应的响应周期可表示如下：

其中，T_x为运动响应x的响应周期，m₀为运动响应x的0阶响应谱距，m₂为运动响应x的2阶响应谱距，可通过上述步骤S212计算的响应谱距计算，具体地，将上述响应谱距表达式中的n分别取0和2进行计算。

具体实现时，输出的运动响应列表包含上述船体给定计算位置，以及上述船体给定计算位置在当前海浪工况条件下的运动响应的均方差和/或响应周期，可以是船舶横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡的均方差和/或响应周期，也可以是其他运动位移、速度和加速度的均方差和/或响应周期，本发明实例对此不进行限制。

当获取到上述运动响应列表后，上述方法还包括：根据运动响应列表评估船舶在当前海浪工况条件下的运动性能，以对海上作业决策进行辅助。具体地，可以根据上述运动响应列表记载的相关参数评估船舶在海浪中的各运动幅度大小，和运动的快慢程度，继而对海上作业决策提供支撑。例如，在船舶方案设计阶段，可通过大量的计算，全面评估船舶的运动性能，并为船舶方案和设计参数(如船舶长度、宽度、重心高度等)的优化提供指导。此外，船舶海上作业时，可根据未来几小时天气预报海况，进行快速的预报，若运动响应幅度太大，超出船舶海上作业的限制，则需要做好提前中断海上作业的准备，或调整船舶的位置和方向，来尽量降低船舶某一运动响应(如摇摆运动)的幅度，以提高海上作业的安全性。

考虑到船体上不同位置的运动响应不同，因此，在船舶运动响应计算过程中，通常需要对多个计算位置进行船舶运动响应的计算过程，进一步，海浪工况条件也是一个不断循环的过程，因此，也需要对多个海浪工况条件下的运动响应进行预报，基于此，本发明实施例还提供了另一种船舶运动响应计算方法，如图3所示的另一种船舶运动响应计算方法的流程图，包括以下步骤：

其中，步骤S302～步骤S306的过程可以参考前述图1所示的步骤S102～步骤S106的过程，以及图2所示的相关过程，在此不再赘述。

步骤S308，判断获取的给定船体的计算位置是否包括循环位置；如果是，返回步骤S302；如果否，执行步骤S310；

通常，该判断过程在输出响应谱距的运动响应列表之前执行，如果是，则执行后面生成并输出响应谱距的运动响应列表的过程，如果否，则返回步骤S302，依次获取循环位置中的计算位置，继续执行运动响应计算的过程。

具体实现时，由于船舶运动响应预报中，要对多个船体的计算位置的运动响应进行预报，因此，上述循环过程可以判断下一计算位置是否和上一计算位置相同，当下一计算位置与上一计算位置相同时，输出当前计算位置下的运动响应列表；当下一计算位置与上一计算位置不同时，输出该计算位置下的运动响应列表。

步骤S310，判断海浪工况条件是否包含多个循环工况；如果是，返回步骤S302；如果否，执行步骤S312；

进一步，该判断过程也在输出响应谱距的运动响应列表之前执行，如果是，则执行后面生成并输出响应谱距的运动响应列表的过程，如果否，则返回步骤S302，依次获取海浪工况条件，查找运动响应的传递函数，继续执行运动响应计算的过程。

具体实现时，对多个海浪工况条件下的运动响应进行预报，可以判断下一海浪工况条件是否和上一海浪工况条件相同，当下一海浪工况条件与上一海浪工况条件相同时，输出当前海浪工况条件下的运动响应列表；当下一计算海浪工况条件与上一海浪工况条件不同时，输出该海浪工况条件下的运动响应列表。

步骤S312，生成响应谱距的运动响应列表；

步骤S314，输出响应谱距的运动响应列表。

在实际计算过程中，图3所示的步骤S308和步骤S310的判断过程可以仅仅执行其中一个过程，也可以执行两个判断过程，进一步，上述判断过程的顺序在本发明实施例中也不进行限制，图3示出的是先执行计算位置的循环判断，后执行海浪工况的判断，在实际使用时，还可以先执行海浪工况的判断，后执行计算位置的循环判断，或者仅执行计算位置的循环判断，或者仅执行海浪工况的判断，具体以实际情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

综上所述，本发明实施例提供的船舶运动响应计算方法的计算过程包括：

(1)首先，根据波浪理论，短峰海浪谱S(ω,θ)可表达为S(ω)乘以方向扩散函数D(θ)的形式，利用这一特点可以将短峰海浪谱中的波浪圆频率和方向夹角两个变量进行变量分离；

(2)其次，通过变换积分顺序，将方向扩散函数和运动响应的传递函数相乘并按浪向积分，即可获得仅与频率相关的浪向综合传递函数RAO(ω)；

(3)最后，循环计算不同计算位置和海况(对应不同波浪高度和周期)，将长峰波浪谱S(ω)和浪向综合传递函数

按频率进行单重积分，可获得各运动响应对应的响应谱距；

至此，将现有技术中循环求解内的双重积分，分解为两个单重积分，并且在海况条件循环体内只有一个单重积分，计算效率较双重积分成指数提升，也有助于快速评估船舶在海浪中各运动幅度大小以及运动快慢程度等，进而对船舶方案设计、海上作业决策提供支撑。

基于上述实施例所述的船舶运动响应计算方法，本发明实施例还提供了一种船舶运动响应计算装置，如图4所示的一种船舶运动响应计算装置的结构示意图，包括：

查找模块42，用于获取给定船体的计算位置，以及上述计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，运动响应的传递函数；其中，运动响应包括运动幅度和运动参数；

第一计算模块44，用于根据上述传递函数，以及预先存储的方向扩散函数计算浪向综合传递函数；

第二计算模块46，用于基于上述浪向综合传递函数和预先存储的海浪谱计算运动响应对应的响应谱距；

输出模块48，用于输出响应谱距的运动响应列表。

具体实现时，上述输出模块48还用于：根据响应谱距计算当前计算位置下，运动响应的均方差和/或响应周期；输出包含均方差和/或响应周期的运动响应列表。

本发明实施例提供的船舶运动响应计算装置，与上述实施例提供的船舶运动响应计算方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的船舶运动响应计算方法和装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种船舶运动响应计算方法，其特征在于，包括：

获取给定船体的计算位置，以及所述计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，所述运动响应的传递函数；其中，所述运动响应包括运动幅度和运动参数；所述运动响应的传递函数为基于波浪圆频率和方向夹角的传递函数；

获取当前海浪工况条件下的方向夹角，根据所述方向夹角计算方向扩散函数，其中，所述方向夹角为波浪方向与主浪向的夹角；

根据所述运动响应的传递函数和所述方向扩散函数计算浪向综合传递函数，所述浪向综合传递函数表示为：

其中，RAO(ω,θ)为所述运动响应的传递函数，D(θ)为所述方向扩散函数，ω为所述波浪圆频率，θ为所述方向夹角；

获取预先存储的海浪谱，所述海浪谱为短峰海浪谱；

基于所述波浪圆频率和所述方向夹角对所述短峰海浪谱进行变量变换，生成基于长峰海浪谱和所述方向扩散函数的变量分离海浪谱，变换后的所述短峰海浪谱表示为：

S(ω,θ)＝S(ω)·D(θ)

其中，ω为所述波浪圆频率，θ为所述方向夹角，S(ω,θ)为所述短峰海浪谱，S(ω)为所述长峰海浪谱，D(θ)为所述方向扩散函数；

提取所述长峰海浪谱；

通过将所述浪向综合传递函数和所述长峰海浪谱对所述波浪圆频率进行单重积分，计算所述运动响应对应的响应谱距，所述响应谱距表示为：

其中，m_n代表所述响应谱距的n阶谱矩；ω_max为积分上限；ω_min为积分下限；

输出所述响应谱距的运动响应列表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，输出所述响应谱距的运动响应列表的步骤包括：

根据所述响应谱距计算当前所述计算位置下，所述运动响应的均方差和/或响应周期；

输出包含所述均方差和/或响应周期的运动响应列表。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述响应谱距的运动响应列表之前，所述方法还包括：

判断获取的所述给定船体的计算位置是否包括循环位置；

如果否，生成当前所述计算位置下，所述响应谱距的运动响应列表；

如果是，依次获取所述循环位置中的计算位置，继续执行运动响应计算的过程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述响应谱距的运动响应列表之前，所述方法还包括：

判断所述海浪工况条件是否包含多个循环工况；

如果否，生成当前所述计算位置下，所述海浪工况对应的所述响应谱距的运动响应列表；

如果是，依次获取所述海浪工况条件，查找所述运动响应的传递函数，继续执行运动响应计算的过程。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述运动响应列表评估船舶在当前海浪工况条件下的运动性能，以对海上作业决策进行辅助。

6.一种船舶运动响应计算装置，其特征在于，包括：

查找模块，用于获取给定船体的计算位置，以及所述计算位置对应的运动响应，在预先存储的函数库中查找当前海浪工况条件下，所述运动响应的传递函数；其中，所述运动响应包括运动幅度和运动参数；所述运动响应的传递函数为基于波浪圆频率和方向夹角的传递函数；

第一计算模块，用于获取当前海浪工况条件下的方向夹角，根据所述方向夹角计算方向扩散函数，其中，所述方向夹角为波浪方向与主浪向的夹角；根据所述运动响应的传递函数和所述方向扩散函数计算浪向综合传递函数，所述浪向综合传递函数表示为：

其中，RAO(ω,θ)为所述运动响应的传递函数，D(θ)为所述方向扩散函数，ω为所述波浪圆频率，θ为所述方向夹角；

第二计算模块，用于获取预先存储的海浪谱，所述海浪谱为短峰海浪谱；基于所述波浪圆频率和所述方向夹角对所述短峰海浪谱进行变量变换，生成基于长峰海浪谱和所述方向扩散函数的变量分离海浪谱，变换后的所述短峰海浪谱表示为：S(ω,θ)＝S(ω)·D(θ)其中，ω为所述波浪圆频率，θ为所述方向夹角，S(ω,θ)为所述短峰海浪谱，S(ω)为所述长峰海浪谱，D(θ)为所述方向扩散函数；提取所述长峰海浪谱；通过将所述浪向综合传递函数和所述长峰海浪谱对所述波浪圆频率进行单重积分，计算所述运动响应对应的响应谱距，所述响应谱距表示为：

其中，m_n代表所述响应谱距的n阶谱矩；ω_max为积分上限；ω_min为积分下限；

输出模块，用于输出所述响应谱距的运动响应列表。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述输出模块还用于：

根据所述响应谱距计算当前所述计算位置下，所述运动响应的均方差和/或响应周期；

输出包含所述均方差和/或响应周期的运动响应列表。

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