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船舶综合PNT完好性监测框架设计与实现
| 论文题名： | 船舶综合PNT完好性监测框架设计与实现 |
| 关键词： | 船舶综合导航与授时系统;完好性监测框架;IMOe-航海框架;扩展卡尔曼滤波;灰色关联度 |
| 摘要： | 随着全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）的发展和应用推广，其已经成为海事领域主要的定位、导航与授时（Positioning,Navigation,andTiming,PNT）信息源。但国际海事组织（InternationalMaritimeOrganization,IMO）逐渐意识到GNSS存在信号弱、易受欺骗干扰等天然脆弱性，开始推行综合PNT作为未来海事领域，特别是无人驾驶船舶方向，船舶PNT信息的有效解决方案。传统的海上完好性监测主要聚焦于卫星导航系统，缺少综合监测星基、陆基以及各类其他船舶导航传感器PNT信息完好性的方法。因此，本文在IMOe-航海框架下开展船舶综合PNT完好性监测研究，符合海事智能化发展方向，为无人驾驶船舶导航技术发展提供有力的理论支撑。 首先，本文在海事领域导航系统现状以及PNT信息完好性相关标准梳理分析的基础上，提出了船舶综合PNT完好性监测框架，包括PNT信息采集模块、PNT信息检测模块以及完好性评估模块三部分，并详细阐述了各模块的功能设计以及信息交互流程。在完好性评估模块设计中，提出了完好性等级划分以及船舶PNT信息完好性报警分类方法，可及时向用户提供相应完好性信息和告警服务功能，以应对突发导航状况，降低船舶航行风险。 其次，本文进一步研究了船舶PNT信息完好性综合评估方法。依据船舶PNT信息完好性综合评估实际需求，分析了能够对船舶PNT信息完好性性能产生影响的评价指标。在扩展卡尔曼滤波（ExtendedKalmanFilter,EKF）高精度组合导航定位解算处理的基础上，提出了基于灰色关联度（GreyRelationAnalysis,GRA）的完好性综合评估方法，并通过层次分析-熵权法（AnalyticHierarchyProcess-EntropyWeightMethod,AHP-EWM）对完好性评价指标赋权。仿真结果表明，GNSS/DR组合导航系统能够提升船舶PNT信息的误差补偿能力，进而提高完好性评估结果。 最后，为了验证上述理论研究的可行性，开发了船舶综合PNT完好性监测平台。利用实船采集的数据对船舶PNT完好性评估流程的合理性进行了验证，通过AHP-EWM算法对评价指标赋权，利用GRA算法实时输出完好性综合评估结果，解决了由于船舶PNT信息过于分散而导致操作人员不能直观监督船舶完好性状态的问题，对保障船舶航行安全具有重要意义。 |
| 作者： | 王玥 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 姜毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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