모델링 전 추정기법을 이용한 조종시운전시의 외력 및 조류 변수 추정

Estimation of External Forces and Current Variables in Sea Trial by Using the Estimation-Before-Modeling Method

조류를 고려한 조종운동방정식을 정립한 후 선박의 운동변수 뿐만 아니라 외력 및 조류의 방향과 속도도 상태변수로 설정하여 비선형 상태방정식과 측정방정식을 표현하였다. 여기서 외력은 3차의 Gauss-Markov 프로세스로 표시하고, 조류의 방향과 속도는 일정하다고 가정하였다. 상태 추정을 위하여 확장 Kalman-Bucy 필터와 고정간격 스무더를 이용하였다. 기존의 Hwang은 실선 시운전 계측값을 이용하여 동유체력미계수 및 조류의 영향을 동시에 확장 Kalman 필터를 이용하여 추정하였으므로 매개변수의 개수가 상당히 많아지는 반면 모델링 전 추정기법을 사용하면 각각의 동유체력미계수를 추정하는 대신에 3방향의 외력과 조류 변수만을 추정한다. 측정잡음이 포함된 시뮬레이션 측정값을 적용하여 조류 변수를 추정하는 경우 실제값이 잘 추정되는 것을 확인하였다.

The current is considered in the conventional manoeuvering equation. This equation is represented as the nonlinear state and measurement equations in which external forces and the direction and the velocity of current are augmented as that variables. The external forces are modeled as the third-order Gauss-Markov processes and the direction and the velocity of current are assumed to be constant. The augmented state variables are estimated with extended Kalman-Bucy filter and the fixed-interval smoother. While Hwang estimated motion state variables, hydrodynamic coefficients and the current variables simultaneously by using extended Kalman filter, external forces of surge, sway and yaw and the direction and the velocity of current are the only parameters to be estimated in the estimation-before-modeling method. The current variables are satisfactorily estimated in simulation process where the measurement noise is present.