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基于北斗和AIS信息融合的船舶定位监控系统设计
| 论文题名： | 基于北斗和AIS信息融合的船舶定位监控系统设计 |
| 关键词： | 船舶定位监控;北斗卫星导航系统;船舶自动识别系统;信息融合;交互式多模型卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 目前海上航行已经实现船舶的无人驾驶技术，但船员依然需要在驾驶舱中对船舶状态进行监控，无法做到船舶状态信息移动端的实时共享，且船员水平参差不齐，在驾驶舱中无法对复杂的航行状况做出合理判断。因此，针对船舶状态信息无法在移动端实时共享的现状，本文设计了一种基于北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）/船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystems,AIS）信息融合的定位监控系统，旨在可以在移动端实现船舶信息实时共享。其次针对AIS系统定位精度较低，安全性、稳定性不足的问题，本文提出了一种BDS/AIS融合定位算法，该算法采用联邦卡尔曼滤波结构结合改进交互式多模型卡尔曼滤波（InteractingMultipleModelKalmanFilter，IMM-KF）信息融合算法，最后应用了协方差交叉（CovarianceIntersection，CI）融合算法，对北斗和AIS数据进行融合，提高定位精度与可靠性。本文为了实现该系统进行了以下研究： （1）针对单一AIS系统定位精度不高且可靠性不强的问题，本文提出了BDS/AIS信息融合定位算法，该算法采用了联邦卡尔曼滤波结构并融合IMM-KF滤波算法与CI融合算法进行定位，并对IMM-KF做出了改进，采用自适应卡尔曼滤波代替IMM-KF中的卡尔曼滤波部分。经仿真实验证明，该算法具有更高的定位精度及稳定性，相较于单一AIS系统，提高精度在20%左右，且更加可靠。 （2）设计了系统的整体框架并确定各个模块实现的功能，船舶融合定位监控系统主要由主控模块、北斗模块、无线局域网络（WirelessFidelity，WIFI）模块、Android手机终端组成。主控模块主要是接收北斗和AIS数据并进行解码，解码后采用信息融合算法进行融合，将融合后的数据传输给WIFI模块；AIS提供船舶状态数据，北斗模块作为GNSS接收器，为系统提供卫星定位数据观测源；WIFI模块为系统提供通信链路，Android手机终端主要负责捕获WIFI模块传输的船舶信息，在显示模块显示船舶的状态信息，在地图中显示位置。 （3）根据系统功能需求确定了控制芯片STM32的型号和各模块的器件种类，通过使用C语言在KeiluVision5软件上对硬件系统各模块功能程序进行设计与实现。采用JAVA程序设计语言在AndroidStudio软件开发平台上完成了基于Android系统客户端的监控软件。对船舶融合定位监控系统的各个模块分别进行调试与整体联合调试，最后进行实验设计，实验结果表明：本系统使用的融合定位算法相较于原算法具有更高的精度和稳定性，且可以在船上任意位置对船舶状态进行监控。 |
| 作者： | 贾景钧 |
| 专业： | 新一代电子信息技术(含量子技术等) |
| 导师： | 黄飞江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西师范大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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