VTS中雷达和AIS信息融合算法研究

摘要

船舶交通管理系统(Vessel Traffic Services)在保障船舶航行安全，提高航运效率和保护水域环境方面发挥了重要的作用。我国VTS经过几十年的建设和研究，获得了本质上的提高。经济和航运事业的迅速发展，对VTS提出了更高的要求。VTS在发挥重要作用的同时，也存在着系统精度低，稳定性差，网络开放性差和多传感器信息融合等问题。 新的技术手段在VTS中的应用，推动了VTS的迅速发展，特别是船舶自动识别系统(Automatic Identification System)的引入，将从根本上提高 的服务和监控能力；同时，雷达、AIS等各种传感器提供的信息存在着冗余相关，如何将这些信息进行有效的融合，提高VTS的智能程度，是亟待解决的问题。信息融合技术是近几十年迅速发展并在军事和民事领域得到广泛应用的、多学科交叉的技术。国内外很多学者在多个领域进行着相关课题的研究，VTS工作者也在自己的领域进行着探索研究，并取得了一大批研究成果。 本文针对VTS中雷达和AIS信息的融合算法进行了探索研究，借鉴国内外信息融合方面的研究成果，结合VTS信息的特点，对雷达和AIS信息融合算法进行了探讨，具有一定的理论价值和实际应用意义，并取得了以下成果： 1．分析了雷达和AIS信息的特点： 2．分析了VTS中信息融合算法的特点； 3．提出了简便可行的雷达和AIS信息的时间校准算法： 4．采用修正的K近邻域法(MK-NN)对雷达和AIS信息进行航迹相关判断； 5．采用分布式结构对雷达和AIS信息进行融合； 6．利用Matlab对雷达和AIS信息的航迹相关判断进行仿真和模拟。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1国内外VTS发展现状

1.1.1 VTS的主要功能

1.1.2 VTS的基本组成

1.1.3现阶段VTS的特点

1.3.2我国VTS技术存在的问题

1.4本文的研究内容和意义

1.5本文结构

第2章AIS系统概论

2.1产生背景

2.2 AIS的构成

2.3 AIS信息种类

2.4 AIS在VTS中的应用

2.4.1自动船舶识别与提高船舶数据质量

2.4.2扩展跟踪范围和改善跟踪性能

2.4.3改善和扩展VTS服务功能

2.5 AIS在VTS中应用中需要考虑的问题

2.5.1基站/转发站的设置

2.5.2与雷达数据融合

2.5.3电子海图的应用及符号选择

2.5.4服务管理功能软件

2.6 AIS与交管雷达的比较

2.7本章小结

第3章信息融合技术

3.1信息融合的基本原理

3.2信息融合的定义

3.3信息融合的级别分类

3.3.1检测级融合

3.3.2位置级融合

3.3.3目标识别级融合

3.3.4态势评估

3.3.5威胁估计

3.4信息融合的结构

3.4.1集中式结构

3.4.2分布式结构

3.4.3混合式结构

3.4.4多级式结构

3.5信息融合的重要性

3.6信息融合在民事领域的应用

3.7信息融合的主要算法

3.8 Kalman滤波技术

3.8.1离散时间线性动态系统的状态方程

3.8.2传感器的测量(观测)方程

3.8.3初始状态的描述

3.8.4 Kalman滤波算法

3.9信息融合在研究方向展望

3.10本章小结

第4章信息融合技术在VTS中的应用

4.1在VTS中进行信息融合的必要性

4.2 VTS中信息融合的特点

4.3雷达与AIS的目标数据种类和精度等方面的差别

4.3.1目标数据种类的差别

4.3.2目标位置数据的差别

4.3.3目标航速航向和其他数据的差别

4.4信息融合技术在VTS领域中的应用进展

4.5本章小结

第5章雷达和AIS信息融合

5.1结构模型

5.2航迹信息空时校准

5.2.1确定粗相关区域

5.2.2时间插值校准

5.2.3位置修正

5.3关联算法选择

5.4雷达和AIS航迹关联算法

5.4.1算法准则

5.4.2 MK-NN算法的关联期

5.4.3 MK-NN算法的检查和保持期

5.4.4阈值向量的选择

5.5雷达和AIS信息融合算法

5.6仿真实验及实验分析

5.6.1仿真实验

5.6.2实验分析

5.7本章小结

第6章结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致 谢

研究生履历