雷达与AIS数据融合算法研究

摘要

随着经济全球化的发展，海洋运输行业的发展比以往任何一个时期都有显著的提高，尤其在一些重要的港口船舶的密度更大。虽然国际海事组织对船舶的航行制定了很多的航行规则，但是船舶碰撞事件屡有发生，给社会经济以及自然环境带来了很不利的影响，并且在碰撞以后很难界定主要的责任方。雷达在传统船舶导航系统中起到了重要的作用，但是雷达容易受到环境和地形的影响。因此需要新兴的舰船导航设备来弥补雷达的不足。船舶自动识别系统(简称AIS)的出现为船舶导航定位提供了新的思路。AIS所提供的信息不会受地形以及环境的影响，在海事VHF频段无需人工干预的情况下，可以自动的收发船舶之间的静态信息及动态信息，同时能够与岸基基站进行信息交互。
　　雷达属于主动式探测，而AIS属于被动式探测，雷达与AIS的优势互补是船舶航运技术一个趋势。雷达与AIS之间存在着信息冗余，这些冗余信息如果不能得到很好的处理，不仅会增加相关显示设备的投入，也会使船舶操作人员对其信息感到困惑。因此本文对雷达与AIS的数据融合方法及船舶碰撞威胁度的算法进行了深入研究。
　　本文首先介绍了课题的背景、研究意义、信息融合相关技术的国内外研究现状及论文主要研究内容；其次对导航雷达与船舶自动识别系统的基本理论进行了简要描述，为后续研究工作奠定了基础；接着论述了数据融合的相关理论和ER理论。
　　研究了雷达与AIS数据融合算法，包括：采用时空配准及野值剔除技术进行融合数据预处理、雷达与AIS航迹的粗相关、多因素模糊综合决策的航迹关联算法，在基于加权协方差融合算法的基础上，提出了一种改进的雷达与AIS航迹融合算法，提高算法的执行效率。
　　研究了船舶碰撞威胁度估计算法，分析了COLREGs规则，给出了一种改进的多指标综合评估方法，研究了利用ER理论对融合处理后的数据进行船舶碰撞威胁度的评估方法并给出了算法操作流程；最后通过仿真试验分别对本文研究的雷达与AIS航迹融合算法及船舶碰撞威胁度的评估方法进行仿真验证，验证算法的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景、目的及意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3信息融合理论的发展

1.4 本文主要研究内容及结构安排

第2章 雷达与AIS系统

2.1 雷达系统

2.2 AIS系统

2.3相关通讯协议

2.4 本章小结

第3章 数据融合理论及ER理论

3.1 数据融合技术的概念及意义

3.2 数据融合系统的构成

3.3 数据融合的基本原理

3.4 ER理论

3.5 本章小结

第4章雷达与AIS航迹融合算法

4.1 概述

4.2 融合数据的预处理

4.3雷达与AIS的航迹粗关联

4.4多因素模糊综合决策的航迹关联算法

4.5改进的雷达与AIS航迹融合算法

4.6 本章小结

第5章 船舶碰撞威胁度估计算法

5.1 船舶碰撞威胁度概述

5.2 COLREGs规则

5.3 改进的多指标综合评估方法

5.4 基于ER理论的CRI评估方法

5.5 本章小结

第6章 算法仿真与分析

6.1雷达与AIS航迹融合仿真测试数据

6.2时间配准方法验证

6.3雷达与AIS航迹关联算法仿真验证

6.4雷达与AIS航迹融合算法仿真

6.5 CRI评估方法仿真及分析

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢