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AIS与导航雷达信息融合仿真平台设计与应用

作　者: 蒋聪
导　师: 赵玉新
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: AIS 雷达 航迹相关 信息融合
分类号: U675.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 93次
引　用: 1次
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内容摘要


随着海上交通日益繁忙,海上交通事故频繁发生,船舶安全导航已经成为急需解决的问题。船舶通常使用AIS和雷达实时获取海上交通信息来实现导航。在船舶安全导航实现的过程中,对AIS和雷达获取信息的处理无疑是一项关键技术。AIS具有在船舶之间进行船舶信息交换与识别的功能,雷达具有自主的对船舶周围环境进行全面探测的功能,两种传感器的功能不能相互替代。因此,将获取的AIS与雷达信息进行融合处理,以实现AIS与雷达的优势互补,从而保证船舶航行的安全,是船舶航行安全技术的发展方向。本课题以船舶安全导航技术研究为背景,对AIS与雷达信息融合问题进行研究,以解决工程中的实际问题。论文的主要工作如下：首先，介绍了AIS与雷达传感器的工作原理,阐述了AIS与雷达传感器的特点及两者在航海中的应用。分析了信息融合的基本原理、方法和结构模型,在此基础上结合AIS与雷达两个传感器特点,选择分布式结构作为信息融合的结构模型。其次,分析了AIS与雷达信息融合的基本步骤,包括：坐标变换、时间配准、航迹相关、信息融合。根据以上基本步骤,重点对每一步应该采取的方法进行深入研究,并给出具体的解决方法。具体方法为：坐标变换采用高斯-克吕格投影与极坐标变换,将观测到的AIS与雷达数据信息转换到统一的坐标系下；时间配准采用分段线性插值方法,将传感器观测到的不同步的观测信息同步到同一时刻；航迹相关采用模糊关联的方法,通过分析模糊双门限航迹关联方法,并对该方法进行改进,从而加速了航迹相关的判定：在信息融合环节,针对传感器精度未知情况,采用最大似然函数估计方法估计方差,推算精度,并导出了一种确定传感器权值分配方法。然后,采用Matlab对AIS与雷达传感器信息进行建模仿真,并利用最小二乘法将融合后的航迹数据进行拟合,得到一条能够更好逼近真实航线的航迹,由融合结果可知,该融合方法具有较好的稳定性。最后,以电子海图显示与信息系统(ECDIS)为基础,设计了一个AIS与雷达的信息融合平台,并将分析得到的信息融合方法应用于平台中,该平台可以更好的为船舶航行提供安全导航服务。本文提出的信息融合方法简便、高效,具有很强的实用价值,可适用于多传感器的信息融合。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 课题的研究背景、目的和意义  10-12
    1.1.1 课题的背景  10
    1.1.2 课题的目的和意义  10-12
  1.2 国内外研究动态  12-13
    1.2.1 国外状况  12
    1.2.2 国内状况  12-13
  1.3 论文章节安排  13-14
第2章 AIS和雷达概述  14-23
  2.1 AIS概述  14-19
    2.1.1 AIS的基本原理  14-19
    2.1.2 AIS航海应用  19
  2.2 雷达概述  19-22
    2.2.1 雷达基本原理  19-20
    2.2.2 雷达测量  20-21
    2.2.3 雷达航海应用  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章 AIS与雷达信息融合预处理  23-39
  3.1 信息融合结构模型选择  23-29
    3.1.1 信息融合的基本原理  23-24
    3.1.2 结构模型选择  24-29
  3.2 坐标变换  29-35
    3.2.1 高斯-克吕格投影  29-32
    3.2.2 投影变换  32-34
    3.2.3 投影误差分析  34
    3.2.4 雷达目标数据位置的坐标变换  34-35
    3.2.5 AIS与雷达目标位置误差分析  35
  3.3 AIS和雷达时间配准  35-38
    3.3.1 时间配准概念  35-36
    3.3.2 时间配准频率  36
    3.3.3 时间配准算法  36-38
  3.4 小章小结  38-39
第4章 AIS与雷达信息融合方法研究与应用  39-61
  4.1 航迹相关算法研究  39-47
    4.1.1 航迹相关概述  39
    4.1.2 航迹相关算法  39-47
  4.2 权值分配融合算法研究  47-53
    4.2.1 权值分配算法推导  47-50
    4.2.2 传感器方差估计  50-52
    4.2.3 AIS与雷达融合算法权值分配  52-53
  4.3 建模仿真  53-60
    4.3.1 融合模型流程  53
    4.3.2 实例融合仿真  53-58
    4.3.3 实例拟合  58-60
    4.3.4 信息融合评估  60
  4.4 本章小结  60-61
第5章 AIS和雷达信息融合仿真平台的设计与实现  61-70
  5.1 仿真平台的分析  61-62
    5.1.1 平台的设计思想  61
    5.1.2 应用需求分析  61-62
  5.2 仿真平台的设计  62-65
    5.2.1 平台的基本构成  62-63
    5.2.2 平台的功能设计  63-64
    5.2.3 平台的融合模块功能设计  64
    5.2.4 平台的基本配置要求  64-65
  5.3 仿真平台界面的设计  65-66
    5.3.1 界面设计原则  65
    5.3.2 界面设计方案  65-66
  5.4 仿真平台的功能模块实现  66-69
    5.4.1 平台模块模拟输入实现  67
    5.4.2 平台模块实现  67-69
    5.4.3 结果评价  69
  5.5 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶驾驶、航海学 > 船舶导航与通信
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