海面风向、风速信息是船舶航行安全以及风致结构振动的重要海洋信息,对气象观测、船舶操纵、船舶结构设计、军事及科研领域都有着至关重要的意义。而掌握海洋船舶所受风影响的最有效方法就是对海洋船舶风向风速展开现场实测工作,并基于实船测量环境分析、建立合适的经验模型。然而对于海洋环境下航行的船舶,风速风向的准确测量除受风向风速传感器自身精度的影响外,还受船舶航速航向、船舶空间运动姿态的影响,导致船舶风向风速的测量误差大,直接影响实船环境下的脉动风速功率谱的可靠性,进而影响船舶风致响应分析结果的准确性。本文以实船测量环境下对船舶风向风速的准确测量和基于特定实测环境的海洋船舶风载荷脉动风谱模型的建立为研究目的,开发了基于多参量同步测量的船舶风向风速测量系统,跟随舰船进行了实船风向风速测量试验,并基于实船精准的风向风速测量数据建立了实船风谱模型。首先,提出了相对风-船运动复合的船舶风向风速的测量方法;融合三维超声波风向风速仪、加速度计、陀螺仪、磁力计、GPS等测量模块,拓展基于ZigBee的无线通信功能,搭建了船舶风向风速测量装置,实现了船舶三维风向风速和舰船姿态等多参量的准确同步测量;基于模块化编程思想,采用多线程同步技术,通过Labview开发了船舶三维风向风速测量软件,具有风向风速数据的采集、存储、分析和显示功能。其次,搭建了船舶摇摆模拟台;通过风洞实验模拟了船舶摇摆运动状态下的风向风速的测量,获取了大量以摇摆角度和摇摆速度为变量的风向风速测量数据;建立了基于BP神经网络的映射船舶风向风速-船姿关系的标定模型,降低了船舶空间运动状态下风向风速的动态测量误差;并再次利用风洞实验验证了船舶风向风速测量标定模型的有效性。最后,将船舶风向风速测量系统安装于舰船进行了实船风向风速测量实验,验证了本项目研发的船舶风向风速测量系统的可靠性;根据风向风速测量系统的实船测量数据,基于真风理论和风向风速-船姿关联的标定模型,分析出实船真风速风向;利用实船真风数据分析了实船实测风谱,并基于Kolmogrove理论,建立了实船风谱模型,为后续船舶的精准操控提供关键的技术支撑。