专利名称：基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法
技术领域：
本发明涉及船舶动力定位装置，尤其涉及一种基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法。
背景技术：
艏向测量系统是船舶航行中用于测量船舶艏向与地理北向夹角的系统。现有的艏向系统通常包括(1)电罗经，用于测量艏向；(2)磁罗经作为艏向测量系统的备用测量装置；(3)中央计算机，对电罗经测得的艏向数据进行故障判断和数据融合处理。一般，船舶的艏向测量系统通常只配备一套电罗经，用于为艏向测量提供数据。由于艏向对于船舶动力定位系统具有关键作用，错误艏向将导致船舶位置丢失等一系列严重后果。因此，国际海事组织及各国船级社对于3级动力定位系统均规定需要同时安装三个艏向传感器。对于三 个艏向传感器构成的冗余艏向测量系统，应确保其中单个艏向传感器故障时，系统应可以对故障传感器进行判断并给出去除故障影响的艏向测量信息。因此，为了提高艏向测量系统测量的可靠性，将上述现有的艏向测量系统中电罗经的单套配备，提高为三套电罗经配备，即有三套电罗经用于测量数据，通常称为三冗余型动力定位系统的艏向测量系统。常采用的方法是在三冗余艏向测量系统中采用表决算法对艏向测量信息进行处理。如图I所示，为一个典型的三冗余动力定位系统的艏向测量系统所采用的结构，其由三个电罗经I构成，三个电罗经I分别测量艏向数据，然后，电罗经I通过串行通信接口，将测量得到的船舶艏向信息发送至中央计算机2，中央计算机2通过数据采集及处理程序控制数据采集端口，实时接收来自电罗经I的测量数据，并将收到的测量数据经过大数表决和数据融合，融合过程中，通过中央计算机2中的表决模块3和加权模块4的计算得到艏向融合值，各传感器通常被赋予相同的权值，最后输出艏向值。采用这种冗余技术后，艏向测量系统的可靠性较单罗经测量有所提高，但上述冗余结构仍存在以下不足(I)由于系统中，各传感器数据融合的权值分配没有充分到各传感器实际测量中的性能差异，融合精度还有很大的提闻空间。(2)采用的大数表决方式，无法准确实现在有两个电罗经发生故障情况下的故障表决。

发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其可以实现多数故障判断，使得输出结果具有更高的精度。本发明的目的是由以下技术方案实现的一种基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于采用以下步骤
第一步由艏向测量单元测出艏向值；第二步通过权值分配单元将艏向测量单元测量所得的艏向值，再通过方差自学习加权的方法得到各自的权值；第三步由故障初判断单元将艏向测量单元的测量值进行加权求得测量均值覽，并
将三个传感器的输入值分别减去加权平均值 ，再对其求绝对值得El、E2、E3，然后，将E1、
E2、E3与门限值11作比较，若均小于门限值11，则认为无故障，直接进入数据融合单元进行数据融合；gEl、E2、E3中有任何一个大于tl，则认为出现故障，需要进行故障再判断；第四步由故障再判断单元分别将传感器当前的输入值与前一时刻系统的输出值做差值，再取绝对值，若绝对值小于预定的门限值t2，且传感器最近一段时间测的艏向变化率要与当前的舵角和航速所决定的艏向变化率相接近，则认为该传感器正常；否则，判断为故障；·第五步由数据融合单元将故障的数据排除后，对剩余的数据重新分配权值进行加权。所述艏向测量单元由三台电罗经构成。所述权值分配单元采用一种基于方差自学习加权的多传感器数据融合算法，该算法对待旧测量数据和新测量数据给予不同的权系数，使测量方差逐步趋于最优的过程。所述故障初表决单元是由电罗经输入数据、加权均值模块、作差模块和门限值判断四部分依次串联组成。所述故障再表决单元是通过在故障初表决单元中得到电罗经测量数据，求得各电罗经的测量值变化率，并将其与船舶运动的数学模型中艏向变化率进行比对，求得差值，再通过门限值判断II实现故障判断，比对的信息为各电罗经的当前数值变化率与当前船舶运动模型所决定的艏向变化率。所述第二步中的权值为
权利要求
1.一种基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于采用以下步骤 第一步由艏向测量单元测出艏向值； 第二步通过权值分配单元将艏向测量单元测量所得的艏向值，再通过方差自学习加权的方法得到各自的权值； 第三步由故障初判断单元将艏向测量单元的测量值进行加权求得测量均值1，并将三个传感器的输入值分别减去加权平均值|，再对其求绝对值得E1、E2、E3，然后，将E1、E2、E3与门限值tl作比较，若均小于门限值tl，则认为无故障，直接进入数据融合单元进行数据融合；若E1、E2、E3中有任何一个大于tl，则认为出现故障，需要进行故障再判断； 第四步由故障再判断单元分别将传感器当前的输入值与前一时刻系统的输出值做差值，再取绝对值，若绝对值小于预定的门限值t2，且传感器最近一段时间测的艏向变化率要与当前的舵角和航速所决定的艏向变化率相接近，则认为该传感器正常；否则，判断为故障; 第五步由数据融合单元将故障的数据排除后，对剩余的数据重新分配权值进行加权。
2.根据权利要求I所述的基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于所述艏向测量单元由三台电罗经构成。
3.根据权利要求I所述的基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于所述权值分配单元采用一种基于方差自学习加权的多传感器数据融合算法，该算法对待旧测量数据和新测量数据给予不同的权系数，使测量方差逐步趋于最优的过程。
4.根据权利要求I所述的基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于所述故障初表决单元是由电罗经输入数据、加权均值模块、作差模块和门限值判断四部分依次串联组成。
5.根据权利要求I所述的基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于所述故障再表决单元是通过在故障初表决单元中得到电罗经测量数据，求得各电罗经的测量值变化率，并将其与船舶运动的数学模型中艏向变化率进行比对，求得差值，再通过门限值判断II实现故障判断，比对的信息为各电罗经的当前数值变化率与当前船舶运动模型所决定的艏向变化率。
6.根据权利要求I所述的基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于所述第二步中的权值为
7.根据权利要求I所述的基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，其特征在于所述故障再判断单元中还设有故障辅助判断单元，故障辅助判断单元作为船舶运动过程的运动参数航速和舵角以及船舶运动的数学模型，用于辅助进行故障再表决。
全文摘要
一种基于改进表决算法的三冗余船舶动力定位艏向测量方法，采用以下步骤一测出艏向值；二并通过方差自学习加权的方法得到各自的权值；三将测量值进行加权求得测量均值，并将传感器的输入值分别减去加权平均值，再对其求绝对值，然后，将绝对值与门限值t1作比较，小于门限值t1的认为无故障，直接进行数据融合；若绝对值有大于t1的认为出现故障，需要进行故障再判断；四将当前的输入值与前一输出值做差值后取绝对值，小于t2的且最近一段时间的艏向变化率要与当前的舵角和航速的艏向变化率相接近的认为正常；否则判断为故障；五将故障数据排除后，对剩余的数据重新分配权值进行加权。本发明实现了多数故障判断，使得输出结果具有更高的精度。
文档编号G01C1/00GK102944216SQ20121041991
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者丁福光, 刘菊娥, 孙行衍, 吴朝晖, 赵波, 陈翠和, 宁继鹏, 黄福祥, 陈善瑶, 赵大威, 唐照东, 蔡连博 申请人:中国海洋石油总公司, 海洋石油工程股份有限公司, 哈尔滨工程大学