CN117648761B - 一种模型数据转化处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模型数据处理技术领域，特别是涉及一种模型数据转化处理方法及系统，包括：获取船舶运动的运动方向，并获取船舶的前进速度、横移速度与首向角速度；实时获取船舶的螺旋桨推进力，以及纵移方向上的流体阻力系数和横移方向上的流体阻力系数；获取转首运动的参数；根据前进速度、横移速度、首向角速度、船舶的螺旋桨推进力、纵移方向上的流体阻力系数、横移方向上的流体阻力系数以及转首运动的参数建立船舶的三自由度运动模型；根据预设条件对船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型。本发明结合船舶的多种运动参数，可以将三自由度运动模型转化为四自由度，克服应用局限性。

Description

一种模型数据转化处理方法及系统
技术领域
本发明涉及模型数据处理技术领域，特别是涉及一种模型数据转化处理方法及系统。
背景技术
现有的航向航迹自动舵检测平台使用了航迹自动舵标准中提出的船舶运动模型，自动舵检测平台为自动舵提供了在陆基条件下运行的环境，对自动舵的检修及研发调试具有重要的意义。船舶运动模型作为预报船舶操纵特性的基础，是检测平台的重要组成部分。
然而现有技术中，针对使用航向航迹自动舵检测平台提出的船舶运动模型过程中，由于使用的是三自由度，在平台中间的辅助升降应用中无法客观的获取四自由度的准确数据，造成使用存在局限性，并且由于该模型对螺旋桨推进力、流体阻力等物理量进行了简化处理，对于非典型船的仿真精度不够，在实际使用中存在准确性差的问题。因此，如何提供一种模型数据转化处理方法及系统是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种模型数据转化处理方法及系统，本发明通过船舶的多种运动参数，结合适应性修正，可以准确的将三自由度运动模型转化为四自由度运动模型，克服应用的局限性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种模型数据转化处理方法，应用于船舶运动中，包括：
获取船舶运动的运动方向，并获取所述船舶的前进速度u、横移速度v与首向角速度r；
实时获取所述船舶的螺旋桨推进力f，以及纵移方向上的流体阻力系数r1和横移方向上的流体阻力系数r2；
获取转首运动的参数，所述转首运动的参数包括转首运动方向上的流体阻力矩系数r3、首向转动力矩k、转舵力矩系数g以及首摇稳定系数y；
根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数建立所述船舶的三自由度运动模型；
根据预设条件对所述船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型。
在本申请的一些实施例中，根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数建立所述船舶的三自由度运动模型，包括：
根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数分别建立所述船舶的纵移运动参数、横移运动参数以及转首运动参数，并根据所述纵移运动参数、所述横移运动参数以及所述转首运动参数建立所述船舶的三自由度运动模型；
获取所述船舶在纵移方向上的船舶质量m1；
预先设定有预设前进速度矩阵T0和预设纵移响应时间矩阵A，对于所述预设纵移响应时间矩阵A，设定A(A1,A2,A3,A4)，其中A1为第一预设纵移响应时间，A2为第二预设纵移响应时间，A3为第三预设纵移响应时间，A4为第四预设纵移响应时间；
对于所述预设前进速度矩阵T0，设定T0(T01,T02,T03,T04)，其中，T01为第一预设前进速度，T02为第二预设前进速度，T03为第三预设前进速度，T04为第四预设前进速度，且T01＜T02＜T03＜T04；
根据所述前进速度u与所述预设前进速度矩阵T0之间的关系确定所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当u＜T01时，选定所述第一预设纵移响应时间A1作为所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当T01≤u＜T02时，选定所述第二预设纵移响应时间A2作为所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当T02≤u＜T03时，选定所述第三预设纵移响应时间A3作为所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当T03≤u＜T04时，选定所述第四预设纵移响应时间A4作为所述船舶在纵移运动中的响应时间。
在本申请的一些实施例中，预先设定有预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0和预设纵移响应时间修正系数矩阵B，对于所述预设纵移响应时间修正系数矩阵B，设定B(B1,B2,B3,B4)，其中B1为第一预设纵移响应时间修正系数，B2为第二预设纵移响应时间修正系数，B3为第三预设纵移响应时间修正系数，B4为第四预设纵移响应时间修正系数，且1＜B1＜B2＜B3＜B4＜1.5；对于所述预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0，设定R0(R01,R02,R03,R04)，其中，R01为第一预设纵移方向上的船舶质量，R02为第二预设纵移方向上的船舶质量，R03为第三预设纵移方向上的船舶质量，R04为第四预设纵移方向上的船舶质量，且R01＜R02＜R03＜R04；
根据m1与所述预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0之间的关系选定相应的纵移响应时间修正系数以对各预设纵移响应时间进行修正；
当m1＜R01时，选定所述第一预设纵移响应时间修正系数B1对所述第一预设纵移响应时间A1进行修正，修正后的纵移响应时间为A1*B1；
当R01≤m1＜R02，选定所述第二预设纵移响应时间修正系数B2对所述第二预设纵移响应时间A2进行修正，修正后的纵移响应时间为A2*B2；
当R02≤m1＜R03，选定所述第三预设纵移响应时间修正系数B3对所述第三预设纵移响应时间A3进行修正，修正后的纵移响应时间为A3*B3；
当R03≤m1＜R04，选定所述第四预设纵移响应时间修正系数B4对所述第四预设纵移响应时间A4进行修正，修正后的纵移响应时间为A4*B4。
在本申请的一些实施例中，预先设定有预设横移速度矩阵Y0和预设横移响应时间矩阵C，对于所述预设横移响应时间矩阵C，设定C(C1,C2,C3,C4)，其中C1为第一预设横移响应时间，C2为第二预设横移响应时间，C3为第三预设横移响应时间，C4为第四预设横移响应时间，且C1＜C2＜C3＜C4；对于所述预设横移速度矩阵Y0，设定Y0(Y01,Y02,Y03,Y04)，其中，Y01为第一预设横移速度，Y02为第二预设横移速度，Y03为第三预设横移速度，Y04为第四预设横移速度，且Y01＜Y02＜Y03＜Y04；
根据所述横移速度v与所述预设横移速度矩阵Y0之间的关系确定所述船舶在横移运动中的响应时间；
当v＜Y01时，选定所述第四预设横移响应时间C4作为所述船舶在横移运动中的响应时间；
当Y01≤v＜Y02，选定所述第三预设横移响应时间C3作为所述船舶在横移运动中的响应时间；
当Y02≤v＜Y03，选定所述第二预设横移响应时间C2作为所述船舶在横移运动中的响应时间；
当Y03≤v＜Y04，选定所述第一预设横移响应时间C1作为所述船舶在横移运动中的响应时间。
在本申请的一些实施例中，还包括：
获取所述船舶在横移方向上的船舶质量m2；
预先设定有预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0和预设横移响应时间修正系数矩阵D，对于所述预设横移响应时间修正系数矩阵D，设定D(D1,D2,D3,D4)，其中D1为第一预设横移响应时间修正系数，D2为第二预设横移响应时间修正系数，D3为第三预设横移响应时间修正系数，D4为第四预设横移响应时间修正系数，且1＜D1＜D2＜D3＜D4＜1.2；对于所述预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0，设定L0(L01,L02,L03,L04)，其中，L01为第一预设船舶在横移方向上的船舶质量，L02为第二预设船舶在横移方向上的船舶质量，L03为第三预设船舶在横移方向上的船舶质量，L04为第四预设船舶在横移方向上的船舶质量，且L01＜L02＜L03＜L04；
根据所述船舶在横移方向上的船舶质量m2与所述预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0之间的关系选定相应的横移响应时间修正系数以对各预设横移响应时间进行修正；
当m2＜L01时，选定所述第一预设横移响应时间修正系数D1对所述第四预设横移响应时间修正系数C4进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D1；
当L01≤m2＜L02，选定所述第二预设横移响应时间修正系数D2对所述第三预设横移响应时间修正系数C3进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D2；
当L02≤m2＜L03，选定所述第三预设横移响应时间修正系数D3对所述第二预设横移响应时间修正系数C2进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D3；
当L03≤m2＜L04，选定所述第四预设横移响应时间修正系数D4对所述第一预设横移响应时间修正系数C1进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D4。
在本申请的一些实施例中，预先设定有预设首向转动力矩矩阵H0和预设首向运动响应时间矩阵E，对于所述预设首向运动响应时间矩阵E，设定E(E1,E2,E3,E4)，其中E1为第一预设首向运动响应时间，E2为第二预设首向运动响应时间，E3为第三预设首向运动响应时间，E4为第四预设首向运动响应时间，且E1＜E2＜E3＜E4；对于所述预设首向转动力矩矩阵H0，设定H0(H01,H02,H03,H04)，其中，H01为第一预设首向转动力矩，H02为第二预设首向转动力矩，H03为第三预设首向转动力矩，H04为第四预设首向转动力矩，且H01＜H02＜H03＜H04；
根据所述首向转动力矩k与所述预设首向转动力矩矩阵H0之间的关系确定所述船舶在首向运动中的响应时间；
当k＜H01时，选定所述第一预设首向运动响应时间E1作为所述船舶在首向运动中的响应时间；
当H01≤k＜H02，选定所述第二预设首向运动响应时间E2作为所述船舶在首向运动中的响应时间；
当H02≤k＜H03，选定所述第三预设首向运动响应时间E3作为所述船舶在首向运动中的响应时间；
当H03≤k＜H04，选定所述第四预设首向运动响应时间E4作为所述船舶在首向运动中的响应时间。
在本申请的一些实施例中，还包括：
预先设定有预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0和预设首向运动响应时间修正系数矩阵F，对于所述预设首向运动响应时间修正系数矩阵F，设定F(F1,F2,F3,F4)，其中F1为第一预设首向运动响应时间修正系数，F2为第二预设首向运动响应时间修正系数，F3为第三预设首向运动响应时间修正系数，F4为第四预设首向运动响应时间修正系数，且1＜F1＜F2＜F3＜F4＜1.5；对于所述预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0，设定X0(X01,X02,X03,X04)，其中，X01为第一预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X02为第二预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X03为第三预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X04为第四预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，且X01＜X02＜X03＜X04；
根据所述转首运动方向上的流体阻力矩系数r3与所述预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0之间的关系选定相应的首向运动响应时间修正系数以对各预设首向运动响应时间进行修正；
当r3＜X01时，选定所述第四预设首向运动响应时间修正系数F4对所述第一预设首向运动响应时间E1进行修正，修正后的首向运动响应时间为E1*F4；
当X01≤r3＜X02，选定所述第三预设首向运动响应时间修正系数F3对所述第二预设首向运动响应时间E2进行修正，修正后的首向运动响应时间为E2*F3；
当X02≤r3＜X03，选定所述第二预设首向运动响应时间修正系数F2对所述第三预设首向运动响应时间E3进行修正，修正后的首向运动响应时间为E3*F2；
当X03≤r3＜X04，选定所述第一预设首向运动响应时间修正系数F1对所述第四预设首向运动响应时间E4进行修正，修正后的首向运动响应时间为E4*F1。
在本申请的一些实施例中，还包括：
根据所述预设条件对所述船舶的三自由度运动模型以及所述纵移响应时间、所述横移响应时间以及所述首向运动响应时间进行等效求取，以将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型；其中，
所述预设条件为当无海流且所述船舶的直线航行推力为0时。
为了实现上述目的，本发明还相应地提供了一种模型数据转化处理系统，应用于所述的模型数据转化处理方法中，包括：
获取单元，用于获取船舶运动的运动方向，并获取所述船舶的前进速度u、横移速度v与首向角速度r；
计算单元，用于实时获取所述船舶的螺旋桨推进力f，以及纵移方向上的流体阻力系数r1和横移方向上的流体阻力系数r2；
分析单元，用于获取转首运动的参数，所述转首运动的参数包括转首运动方向上的流体阻力矩系数r3、首向转动力矩k、转舵力矩系数g以及首摇稳定系数y；
转化单元，用于根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数建立所述船舶的三自由度运动模型；
处理单元，用于根据预设条件对所述船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型。
在本申请的一些实施例中，所述处理单元还用于根据所述预设条件对所述船舶的三自由度运动模型以及纵移响应时间、横移响应时间以及首向运动响应时间进行等效求取，以将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型；其中，
所述预设条件为当无海流且所述船舶的直线航行推力为0时。
本发明提供了一种模型数据转化处理方法及系统，与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过获取船舶的多个运行参数，结合适应化修正调节，计算船舶的三自由度运动模型，包括纵移运动、横移运动以及转首运动，根据船舶的三自由度运动模型通过拉普拉斯变换，进行纵移运动响应时间、横移运动响应时间以及转首运动响应时间的等效求取，转化为四自由度运动模型，提高使用场景以及应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例中模型数据转化处理方法的流程图；
图2是本发明实施例中模型数据转化处理系统的功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内侧的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
现有技术中，针对使用航向航迹自动舵检测平台提出的船舶运动模型过程中，由于使用的是三自由度，在平台中间的辅助升降应用中无法客观的获取四自由度的准确数据，造成使用存在局限性，并且由于该模型对螺旋桨推进力、流体阻力等物理量进行了简化处理，对于非典型船的仿真精度不够，在实际使用中存在准确性差的问题。
因此，本发明提供了一种模型数据转化处理方法及系统，通过船舶的多种运动参数，结合适应性修正，可以准确的将三自由度运动模型转化为四自由度运动模型，克服应用的局限性。
参阅图1所示，本发明的公开实施例提供了一种模型数据转化处理方法，应用于船舶运动中，包括：
S101：获取船舶运动的运动方向，并获取船舶的前进速度u、横移速度v与首向角速度r；
S102：实时获取船舶的螺旋桨推进力f，以及纵移方向上的流体阻力系数r1和横移方向上的流体阻力系数r2；
S103：获取转首运动的参数，转首运动的参数包括转首运动方向上的流体阻力矩系数r3、首向转动力矩k、转舵力矩系数g以及首摇稳定系数y；
S104：根据前进速度u、横移速度v、首向角速度r、船舶的螺旋桨推进力f、纵移方向上的流体阻力系数r1、横移方向上的流体阻力系数r2以及转首运动的参数建立船舶的三自由度运动模型；
S105：根据预设条件对船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型。
在本申请的一种具体实施例中，根据前进速度u、横移速度v、首向角速度r、船舶的螺旋桨推进力f、纵移方向上的流体阻力系数r1、横移方向上的流体阻力系数r2以及转首运动的参数建立船舶的三自由度运动模型，包括：
根据前进速度u、横移速度v、首向角速度r、船舶的螺旋桨推进力f、纵移方向上的流体阻力系数r1、横移方向上的流体阻力系数r2以及转首运动的参数分别建立船舶的纵移运动参数、横移运动参数以及转首运动参数，并根据纵移运动参数、横移运动参数以及转首运动参数建立船舶的三自由度运动模型；
获取船舶在纵移方向上的船舶质量m1；
预先设定有预设前进速度矩阵T0和预设纵移响应时间矩阵A，对于预设纵移响应时间矩阵A，设定A(A1,A2,A3,A4)，其中A1为第一预设纵移响应时间，A2为第二预设纵移响应时间，A3为第三预设纵移响应时间，A4为第四预设纵移响应时间；
对于预设前进速度矩阵T0，设定T0(T01,T02,T03,T04)，其中，T01为第一预设前进速度，T02为第二预设前进速度，T03为第三预设前进速度，T04为第四预设前进速度，且T01＜T02＜T03＜T04；
根据前进速度u与预设前进速度矩阵T0之间的关系选定相应地纵移响应时间作为船舶在纵移运动中的响应时间；
当u＜T01时，选定第一预设纵移响应时间A1作为船舶在纵移运动中的响应时间；
当T01≤u＜T02时，选定第二预设纵移响应时间A2作为船舶在纵移运动中的响应时间；
当T02≤u＜T03时，选定第三预设纵移响应时间A3作为船舶在纵移运动中的响应时间；
当T03≤u＜T04时，选定第四预设纵移响应时间A4作为船舶在纵移运动中的响应时间。
在本申请的一种具体实施例中，预先设定有预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0和预设纵移响应时间修正系数矩阵B，对于预设纵移响应时间修正系数矩阵B，设定B(B1,B2,B3,B4)，其中B1为第一预设纵移响应时间修正系数，B2为第二预设纵移响应时间修正系数，B3为第三预设纵移响应时间修正系数，B4为第四预设纵移响应时间修正系数，且1＜B1＜B2＜B3＜B4＜1.5；对于预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0，设定R0(R01,R02,R03,R04)，其中，R01为第一预设纵移方向上的船舶质量，R02为第二预设纵移方向上的船舶质量，R03为第三预设纵移方向上的船舶质量，R04为第四预设纵移方向上的船舶质量，且R01＜R02＜R03＜R04；
根据m1与预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0之间的关系选定相应的纵移响应时间修正系数以对各预设纵移响应时间进行修正；
当m1＜R01时，选定第一预设纵移响应时间修正系数B1对第一预设纵移响应时间A1进行修正，修正后的纵移响应时间为A1*B1；
当R01≤m1＜R02，选定第二预设纵移响应时间修正系数B2对第二预设纵移响应时间A2进行修正，修正后的纵移响应时间为A2*B2；
当R02≤m1＜R03，选定第三预设纵移响应时间修正系数B3对第三预设纵移响应时间A3进行修正，修正后的纵移响应时间为A3*B3；
当R03≤m1＜R04，选定第四预设纵移响应时间修正系数B4对第四预设纵移响应时间A4进行修正，修正后的纵移响应时间为A4*B4。
在本申请的一种具体实施例中，预先设定有预设横移速度矩阵Y0和预设横移响应时间矩阵C，对于预设横移响应时间矩阵C，设定C(C1,C2,C3,C4)，其中C1为第一预设横移响应时间，C2为第二预设横移响应时间，C3为第三预设横移响应时间，C4为第四预设横移响应时间，且C1＜C2＜C3＜C4；对于预设横移速度矩阵Y0，设定Y0(Y01,Y02,Y03,Y04)，其中，Y01为第一预设横移速度，Y02为第二预设横移速度，Y03为第三预设横移速度，Y04为第四预设横移速度，且Y01＜Y02＜Y03＜Y04；
根据横移速度v与预设横移速度矩阵Y0之间的关系选定相应的横移响应时间作为船舶在横移运动中的响应时间；
当v＜Y01时，选定第四预设横移响应时间C4作为船舶在横移运动中的响应时间；
当Y01≤v＜Y02，选定第三预设横移响应时间C3作为船舶在横移运动中的响应时间；
当Y02≤v＜Y03，选定第二预设横移响应时间C2作为船舶在横移运动中的响应时间；
当Y03≤v＜Y04，选定第一预设横移响应时间C1作为船舶在横移运动中的响应时间。
在本申请的一种具体实施例中，还包括：
获取船舶在横移方向上的船舶质量m2；
预先设定有预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0和预设横移响应时间修正系数矩阵D，对于预设横移响应时间修正系数矩阵D，设定D(D1,D2,D3,D4)，其中D1为第一预设横移响应时间修正系数，D2为第二预设横移响应时间修正系数，D3为第三预设横移响应时间修正系数，D4为第四预设横移响应时间修正系数，且1＜D1＜D2＜D3＜D4＜1.2；对于预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0，设定L0(L01,L02,L03,L04)，其中，L01为第一预设船舶在横移方向上的船舶质量，L02为第二预设船舶在横移方向上的船舶质量，L03为第三预设船舶在横移方向上的船舶质量，L04为第四预设船舶在横移方向上的船舶质量，且L01＜L02＜L03＜L04；
根据船舶在横移方向上的船舶质量m2与预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0之间的关系选定相应的横移响应时间修正系数以对各预设横移响应时间进行修正；
当m2＜L01时，选定第一预设横移响应时间修正系数D1对第四预设横移响应时间修正系数C4进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D1；
当L01≤m2＜L02，选定第二预设横移响应时间修正系数D2对第三预设横移响应时间修正系数C3进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D2；
当L02≤m2＜L03，选定第三预设横移响应时间修正系数D3对第二预设横移响应时间修正系数C2进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D3；
当L03≤m2＜L04，选定第四预设横移响应时间修正系数D4对第一预设横移响应时间修正系数C1进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D4。
在本申请的一种具体实施例中，预先设定有预设首向转动力矩矩阵H0和预设首向运动响应时间矩阵E，对于预设首向运动响应时间矩阵E，设定E(E1,E2,E3,E4)，其中E1为第一预设首向运动响应时间，E2为第二预设首向运动响应时间，E3为第三预设首向运动响应时间，E4为第四预设首向运动响应时间，且E1＜E2＜E3＜E4；对于预设首向转动力矩矩阵H0，设定H0(H01,H02,H03,H04)，其中，H01为第一预设首向转动力矩，H02为第二预设首向转动力矩，H03为第三预设首向转动力矩，H04为第四预设首向转动力矩，且H01＜H02＜H03＜H04；
根据首向转动力矩k与预设首向转动力矩矩阵H0之间的关系选定相应的首向运动响应时间作为船舶在首向运动中的响应时间；
当k＜H01时，选定第一预设首向运动响应时间E1作为船舶在首向运动中的响应时间；
当H01≤k＜H02，选定第二预设首向运动响应时间E2作为船舶在首向运动中的响应时间；
当H02≤k＜H03，选定第三预设首向运动响应时间E3作为船舶在首向运动中的响应时间；
当H03≤k＜H04，选定第四预设首向运动响应时间E4作为船舶在首向运动中的响应时间。
在本申请的一种具体实施例中，还包括：
预先设定有预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0和预设首向运动响应时间修正系数矩阵F，对于预设首向运动响应时间修正系数矩阵F，设定F(F1,F2,F3,F4)，其中F1为第一预设首向运动响应时间修正系数，F2为第二预设首向运动响应时间修正系数，F3为第三预设首向运动响应时间修正系数，F4为第四预设首向运动响应时间修正系数，且1＜F1＜F2＜F3＜F4＜1.5；对于预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0，设定X0(X01,X02,X03,X04)，其中，X01为第一预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X02为第二预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X03为第三预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X04为第四预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，且X01＜X02＜X03＜X04；
根据转首运动方向上的流体阻力矩系数r3与预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0之间的关系选定相应的首向运动响应时间修正系数以对各预设首向运动响应时间进行修正；
当r3＜X01时，选定第四预设首向运动响应时间修正系数F4对第一预设首向运动响应时间E1进行修正，修正后的首向运动响应时间为E1*F4；
当X01≤r3＜X02，选定第三预设首向运动响应时间修正系数F3对第二预设首向运动响应时间E2进行修正，修正后的首向运动响应时间为E2*F3；
当X02≤r3＜X03，选定第二预设首向运动响应时间修正系数F2对第三预设首向运动响应时间E3进行修正，修正后的首向运动响应时间为E3*F2；
当X03≤r3＜X04，选定第一预设首向运动响应时间修正系数F1对第四预设首向运动响应时间E4进行修正，修正后的首向运动响应时间为E4*F1。
在本申请的一种具体实施例中，还包括：
根据预设条件对船舶的三自由度运动模型以及纵移响应时间、横移响应时间以及首向运动响应时间进行等效求取，以将船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型；其中，
预设条件为当无海流且船舶的直线航行推力为0时。
基于相同的技术构思，参阅图2所示，本发明还相应地提供了一种模型数据转化处理系统，应用于模型数据转化处理方法中，包括：
获取单元，用于获取船舶运动的运动方向，并获取船舶的前进速度u、横移速度v与首向角速度r；
计算单元，用于实时获取船舶的螺旋桨推进力f，以及纵移方向上的流体阻力系数r1和横移方向上的流体阻力系数r2；
分析单元，用于获取转首运动的参数，转首运动的参数包括转首运动方向上的流体阻力矩系数r3、首向转动力矩k、转舵力矩系数g以及首摇稳定系数y；
转化单元，用于根据前进速度u、横移速度v、首向角速度r、船舶的螺旋桨推进力f、纵移方向上的流体阻力系数r1、横移方向上的流体阻力系数r2以及转首运动的参数建立船舶的三自由度运动模型；
处理单元，用于根据预设条件对船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型。
在本申请的一种具体实施例中，处理单元还用于根据预设条件对船舶的三自由度运动模型以及纵移响应时间、横移响应时间以及首向运动响应时间进行等效求取，以将船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型；其中，
预设条件为当无海流且船舶的直线航行推力为0时。
综上所述，本发明通过获取船舶的多个运行参数，结合适应化修正调节，计算船舶的三自由度运动模型，包括纵移运动、横移运动以及转首运动，根据船舶的三自由度运动模型通过拉普拉斯变换，进行纵移运动响应时间、横移运动响应时间以及转首运动响应时间的等效求取，转化为四自由度运动模型，提高使用场景以及应用范围。本发明具有准确程度高、适应范围广等优点。
以上所述仅为本发明的一个实施例子，但不能以此限制本发明的范围，凡依据本发明所做的结构上的变化，只要不失本发明的要义所在，都应视为落入本发明保护范围之内受到制约。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种模型数据转化处理方法，应用于船舶运动中，其特征在于，包括：
获取船舶运动的运动方向，并获取所述船舶的前进速度u、横移速度v与首向角速度r；
实时获取所述船舶的螺旋桨推进力f，以及纵移方向上的流体阻力系数r1和横移方向上的流体阻力系数r2；
获取转首运动的参数，所述转首运动的参数包括转首运动方向上的流体阻力矩系数r3、首向转动力矩k、转舵力矩系数g以及首摇稳定系数y；
根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数建立所述船舶的三自由度运动模型；
根据预设条件对所述船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型;
其中，根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数建立所述船舶的三自由度运动模型，包括：
根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数分别建立所述船舶的纵移运动参数、横移运动参数以及转首运动参数，并根据所述纵移运动参数、所述横移运动参数以及所述转首运动参数建立所述船舶的三自由度运动模型；
获取所述船舶在纵移方向上的船舶质量m1；
预先设定有预设前进速度矩阵T0和预设纵移响应时间矩阵A，对于所述预设纵移响应时间矩阵A，设定A(A1,A2,A3,A4)，其中A1为第一预设纵移响应时间，A2为第二预设纵移响应时间，A3为第三预设纵移响应时间，A4为第四预设纵移响应时间；
对于所述预设前进速度矩阵T0，设定T0(T01,T02,T03,T04)，其中，T01为第一预设前进速度，T02为第二预设前进速度，T03为第三预设前进速度，T04为第四预设前进速度，且T01＜T02＜T03＜T04；
根据所述前进速度u与所述预设前进速度矩阵T0之间的关系确定所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当u＜T01时，选定所述第一预设纵移响应时间A1作为所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当T01≤u＜T02时，选定所述第二预设纵移响应时间A2作为所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当T02≤u＜T03时，选定所述第三预设纵移响应时间A3作为所述船舶在纵移运动中的响应时间；
当T03≤u＜T04时，选定所述第四预设纵移响应时间A4作为所述船舶在纵移运动中的响应时间。
2.根据权利要求1所述的一种模型数据转化处理方法，其特征在于，
预先设定有预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0和预设纵移响应时间修正系数矩阵B，对于所述预设纵移响应时间修正系数矩阵B，设定B(B1,B2,B3,B4)，其中B1为第一预设纵移响应时间修正系数，B2为第二预设纵移响应时间修正系数，B3为第三预设纵移响应时间修正系数，B4为第四预设纵移响应时间修正系数，且1＜B1＜B2＜B3＜B4＜1.5；对于所述预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0，设定R0(R01,R02,R03,R04)，其中，R01为第一预设纵移方向上的船舶质量，R02为第二预设纵移方向上的船舶质量，R03为第三预设纵移方向上的船舶质量，R04为第四预设纵移方向上的船舶质量，且R01＜R02＜R03＜R04；
根据m1与所述预设纵移方向上的船舶质量矩阵R0之间的关系选定相应的纵移响应时间修正系数以对各预设纵移响应时间进行修正；
当m1＜R01时，选定所述第一预设纵移响应时间修正系数B1对所述第一预设纵移响应时间A1进行修正，修正后的纵移响应时间为A1*B1；
当R01≤m1＜R02，选定所述第二预设纵移响应时间修正系数B2对所述第二预设纵移响应时间A2进行修正，修正后的纵移响应时间为A2*B2；
当R02≤m1＜R03，选定所述第三预设纵移响应时间修正系数B3对所述第三预设纵移响应时间A3进行修正，修正后的纵移响应时间为A3*B3；
当R03≤m1＜R04，选定所述第四预设纵移响应时间修正系数B4对所述第四预设纵移响应时间A4进行修正，修正后的纵移响应时间为A4*B4。
3.根据权利要求2所述的一种模型数据转化处理方法，其特征在于，
预先设定有预设横移速度矩阵Y0和预设横移响应时间矩阵C，对于所述预设横移响应时间矩阵C，设定C(C1,C2,C3,C4)，其中C1为第一预设横移响应时间，C2为第二预设横移响应时间，C3为第三预设横移响应时间，C4为第四预设横移响应时间，且C1＜C2＜C3＜C4；对于所述预设横移速度矩阵Y0，设定Y0(Y01,Y02,Y03,Y04)，其中，Y01为第一预设横移速度，Y02为第二预设横移速度，Y03为第三预设横移速度，Y04为第四预设横移速度，且Y01＜Y02＜Y03＜Y04；
根据所述横移速度v与所述预设横移速度矩阵Y0之间的关系确定所述船舶在横移运动中的响应时间；
当v＜Y01时，选定所述第四预设横移响应时间C4作为所述船舶在横移运动中的响应时间；
当Y01≤v＜Y02，选定所述第三预设横移响应时间C3作为所述船舶在横移运动中的响应时间；
当Y02≤v＜Y03，选定所述第二预设横移响应时间C2作为所述船舶在横移运动中的响应时间；
当Y03≤v＜Y04，选定所述第一预设横移响应时间C1作为所述船舶在横移运动中的响应时间。
4.根据权利要求3所述的一种模型数据转化处理方法，其特征在于，还包括：
获取所述船舶在横移方向上的船舶质量m2；
预先设定有预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0和预设横移响应时间修正系数矩阵D，对于所述预设横移响应时间修正系数矩阵D，设定D(D1,D2,D3,D4)，其中D1为第一预设横移响应时间修正系数，D2为第二预设横移响应时间修正系数，D3为第三预设横移响应时间修正系数，D4为第四预设横移响应时间修正系数，且1＜D1＜D2＜D3＜D4＜1.2；对于所述预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0，设定L0(L01,L02,L03,L04)，其中，L01为第一预设船舶在横移方向上的船舶质量，L02为第二预设船舶在横移方向上的船舶质量，L03为第三预设船舶在横移方向上的船舶质量，L04为第四预设船舶在横移方向上的船舶质量，且L01＜L02＜L03＜L04；
根据所述船舶在横移方向上的船舶质量m2与所述预设船舶在横移方向上的船舶质量矩阵L0之间的关系选定相应的横移响应时间修正系数以对各预设横移响应时间进行修正；
当m2＜L01时，选定所述第一预设横移响应时间修正系数D1对所述第四预设横移响应时间C4进行三次修正，修正后的横移响应时间为C4*D1；
当L01≤m2＜L02，选定所述第二预设横移响应时间修正系数D2对所述第三预设横移响应时间C3进行三次修正，修正后的横移响应时间为C3*D2；
当L02≤m2＜L03，选定所述第三预设横移响应时间修正系数D3对所述第二预设横移响应时间C2进行三次修正，修正后的横移响应时间为C2*D3；
当L03≤m2＜L04，选定所述第四预设横移响应时间修正系数D4对所述第一预设横移响应时间C1进行三次修正，修正后的横移响应时间为C1*D4。
5.根据权利要求4所述的一种模型数据转化处理方法，其特征在于，
预先设定有预设首向转动力矩矩阵H0和预设首向运动响应时间矩阵E，对于所述预设首向运动响应时间矩阵E，设定E(E1,E2,E3,E4)，其中E1为第一预设首向运动响应时间，E2为第二预设首向运动响应时间，E3为第三预设首向运动响应时间，E4为第四预设首向运动响应时间，且E1＜E2＜E3＜E4；对于所述预设首向转动力矩矩阵H0，设定H0(H01,H02,H03,H04)，其中，H01为第一预设首向转动力矩，H02为第二预设首向转动力矩，H03为第三预设首向转动力矩，H04为第四预设首向转动力矩，且H01＜H02＜H03＜H04；
根据所述首向转动力矩k与所述预设首向转动力矩矩阵H0之间的关系确定所述船舶在首向运动中的响应时间；
当k＜H01时，选定所述第一预设首向运动响应时间E1作为所述船舶在首向运动中的响应时间；
当H01≤k＜H02，选定所述第二预设首向运动响应时间E2作为所述船舶在首向运动中的响应时间；
当H02≤k＜H03，选定所述第三预设首向运动响应时间E3作为所述船舶在首向运动中的响应时间；
当H03≤k＜H04，选定所述第四预设首向运动响应时间E4作为所述船舶在首向运动中的响应时间。
6.根据权利要求5所述的一种模型数据转化处理方法，其特征在于，还包括：
预先设定有预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0和预设首向运动响应时间修正系数矩阵F，对于所述预设首向运动响应时间修正系数矩阵F，设定F(F1,F2,F3,F4)，其中F1为第一预设首向运动响应时间修正系数，F2为第二预设首向运动响应时间修正系数，F3为第三预设首向运动响应时间修正系数，F4为第四预设首向运动响应时间修正系数，且1＜F1＜F2＜F3＜F4＜1.5；对于所述预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0，设定X0(X01,X02,X03,X04)，其中，X01为第一预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X02为第二预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X03为第三预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，X04为第四预设转首运动方向上的流体阻力矩系数，且X01＜X02＜X03＜X04；
根据所述转首运动方向上的流体阻力矩系数r3与所述预设转首运动方向上的流体阻力矩系数矩阵X0之间的关系选定相应的首向运动响应时间修正系数以对各预设首向运动响应时间进行修正；
当r3＜X01时，选定所述第四预设首向运动响应时间修正系数F4对所述第一预设首向运动响应时间E1进行修正，修正后的首向运动响应时间为E1*F4；
当X01≤r3＜X02，选定所述第三预设首向运动响应时间修正系数F3对所述第二预设首向运动响应时间E2进行修正，修正后的首向运动响应时间为E2*F3；
当X02≤r3＜X03，选定所述第二预设首向运动响应时间修正系数F2对所述第三预设首向运动响应时间E3进行修正，修正后的首向运动响应时间为E3*F2；
当X03≤r3＜X04，选定所述第一预设首向运动响应时间修正系数F1对所述第四预设首向运动响应时间E4进行修正，修正后的首向运动响应时间为E4*F1。
7.根据权利要求6所述的一种模型数据转化处理方法，其特征在于，还包括：
根据所述预设条件对所述船舶的三自由度运动模型以及纵移响应时间、横移响应时间以及首向运动响应时间进行等效求取，以将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型；其中，
所述预设条件为当无海流且所述船舶的直线航行推力为0时。
8.一种模型数据转化处理系统，应用于如权利要求1-7任一项所述的模型数据转化处理方法中，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取船舶运动的运动方向，并获取所述船舶的前进速度u、横移速度v与首向角速度r；
计算单元，用于实时获取所述船舶的螺旋桨推进力f，以及纵移方向上的流体阻力系数r1和横移方向上的流体阻力系数r2；
分析单元，用于获取转首运动的参数，所述转首运动的参数包括转首运动方向上的流体阻力矩系数r3、首向转动力矩k、转舵力矩系数g以及首摇稳定系数y；
转化单元，用于根据所述前进速度u、所述横移速度v、所述首向角速度r、所述船舶的螺旋桨推进力f、所述纵移方向上的流体阻力系数r1、所述横移方向上的流体阻力系数r2以及所述转首运动的参数建立所述船舶的三自由度运动模型；
处理单元，用于根据预设条件对所述船舶的三自由度运动模型进行拉普拉斯变换，并将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型。
9.根据权利要求8所述的一种模型数据转化处理系统，其特征在于，
所述处理单元还用于根据所述预设条件对所述船舶的三自由度运动模型以及纵移响应时间、横移响应时间以及首向运动响应时间进行等效求取，以将所述船舶的三自由度运动模型转化为四自由度运动模型；其中，
所述预设条件为当无海流且所述船舶的直线航行推力为0时。
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两种船舶运动模型间参数对应转化方法;张智颖 等;《舰船科学技术》;20201031;第42卷(第10期);第30-34页 *
船舶航迹建模中进化算法建模与仿真;杜莹 等;《舰船科学技术》;20171031;全文 *

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