船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)多傳感器信息融合方法研究.pdf

1、隨著動(dòng)力定位技術(shù)和測(cè)控理論的發(fā)展,現(xiàn)代船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)配備了船舶位置、姿態(tài)及環(huán)境測(cè)量等多種傳感器,構(gòu)成一個(gè)多傳感器測(cè)量系統(tǒng)。信息融合技術(shù)是解決多源信息綜合處理問(wèn)題的強(qiáng)有力手段,通過(guò)多傳感器信息的最優(yōu)融合,能夠有效地提高動(dòng)力定位測(cè)量系統(tǒng)的精度和可靠性。本論文旨在研究信息融合理論在動(dòng)力定位系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　在船舶動(dòng)力定位多傳感器融合系統(tǒng)中,船舶運(yùn)動(dòng)模型、傳感器測(cè)量模型及濾波算法是船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最優(yōu)濾波的基礎(chǔ),直接影響著濾波精度、濾波算

2、法的穩(wěn)定性及實(shí)用性,傳感器的故障檢測(cè)與容錯(cuò)是多傳感器融合系統(tǒng)可靠性和有效性的有力保證,融合算法決定了融合系統(tǒng)的精度,因此,本論文從上述幾個(gè)方面對(duì)船舶動(dòng)力定位多傳感器信息融合的方法進(jìn)行研究,論文的主要工作有:
　　分析了動(dòng)力定位船的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力定位系統(tǒng)各位置參考系統(tǒng)的測(cè)量機(jī)理,提出動(dòng)力定位船的連續(xù)白噪聲加速度運(yùn)動(dòng)模型,并在北東坐標(biāo)系下建立船舶位置參考系統(tǒng)的線(xiàn)性測(cè)量模型。
　　研究了傳感器突變型故障檢測(cè)與容錯(cuò)算法,根據(jù)傳感器的

3、不同故障狀態(tài)設(shè)定多個(gè)閾值,使得該算法同時(shí)檢測(cè)傳感器的突變型故障、測(cè)量信號(hào)凍結(jié)故障和測(cè)量野值。針對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)利用表決或中位數(shù)法檢測(cè)傳感器漂移性故障的局限性,利用多傳感器的融合信息遞推子系統(tǒng)的濾波殘差,改進(jìn)殘差故障檢測(cè)法,建立了基于多傳感器信息融合的傳感器漸變型故障檢測(cè)與容錯(cuò)算法。
　　對(duì)于位置參考系統(tǒng)測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)特性可能存在的不準(zhǔn)確性問(wèn)題,提出一種自適應(yīng)平方根容積卡爾曼濾波(Square-RootCubatureKalmanFil

4、ter,SRCKF)算法,根據(jù)新息協(xié)方差匹配原理計(jì)算自適應(yīng)系數(shù),實(shí)時(shí)地調(diào)整測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣。針對(duì)動(dòng)力定位船系統(tǒng)模型可能存在的不確定性問(wèn)題及強(qiáng)跟蹤濾波器的理論局限性,推導(dǎo)出強(qiáng)跟蹤濾波器中漸消因子的等價(jià)計(jì)算方法,將SRCKF和自適應(yīng)SRCKF與強(qiáng)跟蹤濾波的理論框架相結(jié)合,構(gòu)成強(qiáng)跟蹤SRCKF和強(qiáng)跟蹤自適應(yīng)SRCKF兩種算法。
　　針對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)利用時(shí)間配準(zhǔn)技術(shù)處理異步信息存在的問(wèn)題,將不同尺度上的測(cè)量模型及測(cè)量值利用小波分解統(tǒng)一變

5、換到某一尺度上,然后在該尺度上進(jìn)行同步多傳感器的融合,實(shí)現(xiàn)異步多傳感器多尺度最優(yōu)融合估計(jì);將系統(tǒng)最細(xì)尺度上的狀態(tài)估計(jì)信息通過(guò)小波分解反饋給其他各尺度,再把各尺度上的狀態(tài)估計(jì)結(jié)果向最細(xì)尺度進(jìn)行小波重構(gòu),最后在最細(xì)尺度上進(jìn)行同步信息的融合,實(shí)現(xiàn)異步多傳感器最優(yōu)分布式融合估計(jì)。
　　根據(jù)冗余動(dòng)力定位系統(tǒng)的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)同步、異步位置參考系統(tǒng)融合結(jié)構(gòu)及同步姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的融合結(jié)構(gòu),由此構(gòu)成船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)多傳感器信息融合的體系,利用本單位研