前言第一部分 数学模型第1章 绪论1.1 船舶动力定位的定义1.2 船舶动力定位的发展史1.2.1 动力定位产生的背景1.2.2 动力定位系统的技术发展现状1.3 船舶动力定位简介1.3.1 动力定位系统工作原理1.3.2 船舶动力定位的基本功能1.3.3 动力定位的分级1.4 国际组织和船级社1.4.1 国际组织1.4.2 船级社第2章 坐标系统2.1 概述2.2 地球中心惯性坐标系2.3 地球中心固定坐标系2.4 WGS-84坐标系2.5 通用横向墨卡托投影坐标系统2.6 北东坐标系2.7 船体坐标系2.8 船体平行坐标系第3章 船舶运动数学模型3.1 运动学3.1.1 运动变量定义3.1.2 船体坐标系与北东坐标系之间的转换3.1.3 船舶运动学3.2 动力学3.2.1 刚体动力学3.2.2 船舶水动力和力矩3.2.3 水动力的无因次体系3.3 船舶运动数学模型3.3.1 六自由度非线性运动方程3.3.2 六自由度线性运动方程3.3.3 单自由度直航模型3.3.4 单自由度自动驾驶仪模型3.3.5 二自由度线性操纵模型3.3.6 三自由度水平面运动模型3.3.7 纵荡-垂荡-纵摇三自由度运动模型3.3.8 横荡-横摇-艏摇三自由度运动模型第4章 海洋环境模型4.1 风的模型4.1.1 相对风速和相对风向4.1.2 风力与风力矩系数4.2 海浪的模型4.2.1 风级、浪级和海况的定义4.2.2 波能谱公式4.2.3 海浪响应的线性模型4.2.4 遭遇频率4.2.5 海浪干扰力和干扰力矩4.3 海流模型4.3.1 海流对运动模型的影响4.3.2 海流作用于船体的干扰力及力矩第二部分 控制理论在船舶动力定位中的应用第5章 动力定位的数据处理和数据融合5.1 概述5.1.1 多传感器数据融合的起源和发展5.1.2 多传感器数据融合技术的分类5.1.3 船舶动力定位数据处理和数据融合5.2 位置参考系统数据处理5.2.1 野值剔除5.2.2 滤波5.2.3 时间对准5.2.4 空间对准5.3 基于置信测度的融合算法5.3.1 置信距离矩阵的计算5.3.2 关系矩阵的确定5.3.3 权值的计算5.4 数据处理和融合算法仿真5.4.1 计算机仿真5.4.2 半实物仿真实验第6章 动力定位的数据滤波与状态估计6.1 卡尔曼滤波器的设计6.1.1 卡尔曼滤波简介6.1.2 数据滤波与状态估计中船舶运动数学模型6.1.3 离散型卡尔曼估计滤波器的设计6.1.4 扩展的离散时间卡尔曼估计滤波器设计6.2 无源非线性估计滤波器设计6.2.1 系统模型6.2.2 估计滤波器方程6.2.3 估计滤波器误差动态特性6.2.4 稳定性分析6.2.5 估计滤波器增益矩阵的确定6.2.6 稳定性证明6.3 非线性无源观测器的仿真案例第7章 动力定位的控制方法7.1 基于PID的动力定位船舶航迹保持控制7.1.1 PID控制算法7.1.2 PID控制算法的改进7.1.3 动力定位船舶的低速航迹保持策略7.1.4 动力定位船舶的高速航迹保持策略7.1.5 低速航迹保持艏向控制器仿真7.1.6 高速航迹保持艏向控制器设计与仿真7.2 动力定位线性二次型(LQ)最优控制7.2.1 LQ最优控制基本原理7.2.2 动力定位控制系统的最优LQ设计7.2.3 风前馈控制器的设计7.2.4 动力定位LQ控制的仿真实验7.3 基于MPC的动力定位控制器的设计7.3.1 选用MPC用于动力定位系统的几点考虑7.3.2 动力定位系统中的约束7.3.3 基于MPC方法实现动力定位系统约束处理的原理7.3.4 动态矩阵控制算法7.3.5 动力定位MPC控制器的仿真实验7.4 环境最优艏向控制7.4.1 最优艏向的获得方法7.4.2 李雅普诺夫稳定性定理7.4.3 基于非线性反步设计法的环境最优艏向控制器7.4.4 环境最优艏向控制器仿真实验及分析第三部分 测量系统第8章 位置参考系统8.1 卫星定位系统8.1.1 全球定位系统8.1.2 差分全球定位系统8.1.3 全球导航卫星系统8.1.4 北斗8.2 水声位置参考系统8.2.1 概述8.2.2 长基线系统8.2.3 短基线系统8.2.4 超短基线系统8.3 Artemis微波位置参考系统8.3.1 Artemis工作原理8.3.2 Artemis系统功能特点8.3.3 Artemis Mk IV系统8.4 张紧索系统8.4.1 概述8.4.2 张紧索的几何推算8.4.3 三种张紧索系统8.5 激光位置参考系统8.5.1 Fanbeam8.5.2 CyScan第9章 动力定位系统其他传感器9.1 艏向传感器9.1.1 电罗经简介9.1.2 NAVIGAT X MK 1型数字电罗经9.2 风传感器9.2.1 皮托管式风传感器9.2.2 螺旋桨风传感器9.2.3 超声波风传感器9.2.4 霍尔效应电磁风传感器9.2.5 热线、热膜式风传感器9.3 垂直运动传感器9.3.1 MRU简介9.3.2 Kongsberg Seatex MRU 5第四部分 推进系统和动力系统第10章 推进系统10.1 概述10.2 推进器的形式和原理10.2.1 主推进器10.2.2 槽道推进器10.2.3 全回转推进器10.2.4 吊舱推进器10.2.5 喷水推进器10.3 推进系统的数学模型10.3.1 敞水螺旋桨的推力和转矩10.3.2 船体与螺旋桨的相互作用10.3.3 推进器效率10.3.4 螺旋桨流体动力的计算模型10.4 喷水推进器的一般特性10.4.1 船舶航行推力与阻力平衡方程10.4.2 喷水推进器能头平衡方程第11章 动力系统11.1 概述11.2 动力系统组成11.3 电力系统11.3.1 概述11.3.2 动力定位船舶的发电系统11.3.3 动力定位船舶的供配电系统11.3.4 动力定位船舶的负载系统11.3.5 动力定位船舶的输电系统11.4 动力系统可靠性的保障11.4.1 冗余电路11.4.2 电力系统保护11.4.3 应急电力系统11.5 电站监控和运行管理系统11.5.1 电力参数监测显示及报警11.5.2 发电机的启动和停车控制11.5.3 分级卸载功能11.5.4 重载的启动询问11.5.5 停电恢复功能11.5.6 电站运行情况记录第五部分 船舶动力定位系统第12章 动力定位系统设计12.1 概述12.2 推进器布置12.2.1 简单的推进器布置12.2.2 推进器布置规则12.3 动力定位系统的组成与配置12.3.1 动力定位系统的组成12.3.2 动力定位系统的配置和分级12.4 动力定位能力计算12.4.1 概述12.4.2 有关动力定位能力计算的说明12.5 中国船级社有关动力定位系统的相关说明12.5.1 附加标志12.5.2 定义12.5.3 故障模式与影响分析第13章 动力定位系统功能和组成13.1 概述13.2 动力定位的模式与功能13.2.1 动力定位的模式13.2.2 动力定位的特种功能13.3 动力定位系统的基本组成13.4 动力定位产品介绍第14章 动力定位船舶作业14.1 概述14.2 潜水支持作业14.3 勘察和ROV支持作业14.4 海床开沟机作业14.5 铺管作业14.6 倾倒岩石作业14.7 采砂挖泥作业14.8 铺缆与维修作业14.9 起重船作业14.10 移动式海底钻井平台作业14.11 油轮作业14.12 浮式生产储存装载单元作业14.13 其他功能和作业参考文献