综合船载电子导航显示系统研究

摘要

综合船载电子导航显示系统拥有集中式、网络化、多层次的特点，它通过表格框对有效信息分类管理，通过图形清晰直观地反映状态，通过算法对各种传感器数据进行处理提供给驾驶人员做出综合判断。随着综合船桥系统的发展，三单元显示系统结构逐渐流行，它由电子海图、雷达和Conning（船舶综合数据处理系统）三个标准组件构成，工作在一个或者多个工作站。三个显示单元对软件和硬件平台的要求大致相同，因此多功能显示系统(Multifunction Display System, MFD)开始出现。连接在系统网络上的每一个显示单元都可以显示多重信息，可以在三个组成单元中切换显示，这不仅大大减少了硬件成本也可以高效应对某一个专用显示器出现故障的突发状况。
　　本文参考三单元显示系统结构，利用现有实验设备搭建了半实物仿真平台；引入组播机制制定了显示网络的通信协议；通过软件编程实现了多功能显示；并针对AIS与雷达两种重要导航设备的目标信息进行了融合处理。具体工作如下：
　　1、分析了综合船载信息显示系统的特点及优势，对相关导航设备的发展概况作了介绍，说明了对AIS与雷达导航信息做融合处理在显示系统中的必要性。
　　2、与一般船舶显示系统相比较，突出了三单元显示系统具有的数据共享优势。分析对于复合显示（即可以在组成单元中切换）和多屏显示（多个显示单元都可以同时显示任一设备信息）的功能需求，引入了IP组播传输机制。制定了对应组播地址以及定义了报文的数据结构，并通过网络编程实现了相应功能。
　　3、以一台PC作为显示平台模拟MFD显示器接收处理网络上的数据信息，并依据用户习惯规划了UI界面。针对雷达信息数据量大、坐标转换资源占用率高的问题，提出了一种三维优化查找表算法改善了显示效果；完成了磁罗经、GPS等一般传感器的分类显示；借助开源资源，搭建了电子海图显示平台，并尝试完成了AIS图形化信息叠加显示在海图以及在雷达界面上，实现了综合显示效果。
　　4、对AIS与雷达航迹融合处理中的关键技术进行了探索。采用了一种改进的模糊综合因素航迹关联算法以及基于最小均方误差的统计加权融合算法。仿真实际应用环境，利用matlab工具进行验证，并通过c++编程完成了初步工程实现。
　　最后对搭建的综合船载电子导航显示系统半实物仿真平台进行测试分析。观察各种导航设备的显示效果，分析比较相应的指标结果，验证了系统可行性。

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第一章 绪论

1.1 论文背景

1.2 船舶综合显示系统的发展状况

1.3 研究目的与意义

1.4 研究内容

1.5 论文的结构安排

第二章 综合显示系统的网络结构

2.1 显示系统结构的发展现状

2.2 组播

2.3显示系统网络结构设计

2.4 部分工程代码

2.5 本章小结

第三章 船舶综合显示系统的软件实现

3.1 简介及相关标准

3.2 显示系统的软件构成

3.3 显示界面设计

3.4 雷达信息显示的实现

3.5 电子海图信息显示的实现

3.6 一般导航设备信息的显示

3.7 AIS信息显示的实现

3.8 显示平台

3.9 本章小结

第四章 航迹融合算法的设计与实现

4.1 模型的建立

4.2 融合算法的设计

4.3 算法仿真与验证

4.4 航迹融合算法的实现

4.5 本章小结

第五章 显示系统测试

5.1 组播信息报文测试

5.2 雷达图像显示测试

5.3 一般传感器的显示测试

5.4 AIS显示测试

5.5 航迹融合算法的软件测试

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果