【摘 要】
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船舶横摇运动及其预测是船舶运动控制领域的重要组成部分。在以往的船舶运动建模中，针对于海浪的干扰往往仅研究定常风速下海浪力对船舶的干扰，忽略风速时变性的影响。此外，目前对船舶横摇运动的预测往往局限于预测精度的改进，缺少对输入样本长度的研究，常造成输入样本过长带来的资源冗余或输入样本过短带来的精度不足问题。对此，本文进行了以下创新：1)将时变风速作为变量引入海浪干扰力的研究，仿真时变风速下具有历史连续性的随机海浪，探讨在风速改变情形下，海浪对于船舶运动的影响，并基于此实现模型的构建；2)通过对船舶横摇运动预测
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船舶横摇运动及其预测是船舶运动控制领域的重要组成部分。在以往的船舶运动建模中，针对于海浪的干扰往往仅研究定常风速下海浪力对船舶的干扰，忽略风速时变性的影响。此外，目前对船舶横摇运动的预测往往局限于预测精度的改进，缺少对输入样本长度的研究，常造成输入样本过长带来的资源冗余或输入样本过短带来的精度不足问题。对此，本文进行了以下创新：1)将时变风速作为变量引入海浪干扰力的研究，仿真时变风速下具有历史连续性的随机海浪，探讨在风速改变情形下，海浪对于船舶运动的影响，并基于此实现模型的构建；2)通过对船舶横摇运动预测均方根误差与过去样本长度之间关系的统计分析，指出两者之间存在幂函数关系，并归纳出预测误差关于过去样本长度的一般公式；3)开发了一款集横摇运动预测和预测误差建模功能为一体的软件系统，实现自定义参数预测、给定误差计算所需样本长度两个功能。
主要研究内容包括以下几个方面：
首先，对船舶横摇运动进行分析建模。基于分离模型，系统地分析了船体在航行过程中可能受到的力和力矩情况，仿真非平稳非线性的船体横摇运动。
其次，对船舶横摇运动预测进行研究。利用小波分解法和经验模态分解法对数据进行预处理，再结合自回归算法模型或长短期记忆模型来提高横摇运动预测精度。同时，对比时变风速和定常风速下的两种建模方法的预测效果，验证引入风速时变的影响可提高横摇建模的可靠性。
紧接着，基于前文构建的预测模型，研究预测均方根误差和过去样本长度之间的定量关系，提出两者之间存在幂函数关系。
最后，通过MATLAB的GUI界面设计了一款船舶横摇预测系统，该系统具有较强的实用价值。
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