基于信息融合技术的无人驾驶船舶信息模块设计

发布时间：2017-07-26 16:18

  本文关键词：基于信息融合技术的无人驾驶船舶信息模块设计

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【摘要】：伴随着海运事业的快速发展，，运输船舶数量的不断增加，船舶碰撞事故发生率也越来越高，搜救问题日趋严峻。无人驾驶船舶能够在极端恶劣的海域环境中执行救援任务，具有极大的应用前景。 为了进一步提高无人驾驶船舶的功能性，需要对船载多传感器进行信息融合处理，为船舶操纵控制决策提供更准确可靠的数据来源。本文以交通运输部海事局科技项目为依托，重点对信息融合技术在无人驾驶船舶平台中的应用进行研究。 首先，对无人驾驶船舶的信息采集与融合子系统进行设计，并对其所承载的信息采集和融合处理功能进行分析，确定功能实现方案。 其次，依据信息采集方案，对信息采集板进行设计，最终确定以工业控制计算机为核心、 STM32-F103C8T6为信息采集板主芯片、CAN总线为传输通道的一对一信息采集模式。 再次，依据信息融合方案，对雷达跟踪算法进行研究，并对船舶跟踪中所常用的滤波算法进行仿真效果对比，最终选择滤波效果更好的变系数滤波算法作为本文雷达跟踪滤波算法。根据雷达跟踪理论和船舶航行特点，制定雷达跟踪算法实现方案，并对其跟踪效果进行仿真。 最后，根据信息融合理论，对无人驾驶船舶中AIS和雷达的信息融合预处理和数据融合方法进行研究，对其中所涉及的算法依据船舶航行特点进行选择，确定了基于目标位置数据的航迹相关算法和加权数据融合算法，并对加权数据融合算法中AIS和雷达的权值系数进行推导，最后通过仿真实验验证该算法。 本文以无人驾驶船舶控制平台中的信息采集与融合处理子系统设计为导向，针对控制平台中AIS与雷达的信息融合问题展开研究，以信息采集与融合子系统为基础，设计完成了AIS与雷达的信息融合算法，并通过仿真验证该算法相对单一传感器，能够提高数据精度，减小数据波动。
【关键词】：无人驾驶船舶 雷达跟踪 信息采集 信息融合
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U675.79
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景、目的和意义10-12
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 课题的目的和意义11-12
• 1.2 相关技术的国内外研究现状分析12-14
• 1.2.1 船舶导航技术及其应用12-13
• 1.2.2 AIS 与雷达技术及其应用13
• 1.2.3 信息融合技术及其应用13-14
• 1.3 论文主要内容及文章结构14-16
• 第2章 无人船平台信息采集与融合处理子系统设计16-26
• 2.1 无人船控制系统简述16-18
• 2.1.1 无人船控制系统功能目标16-17
• 2.1.2 无人船控制系统方案17-18
• 2.2 无人船信息采集与融合处理子系统设计18-22
• 2.2.1 无人船监控信息需求分析18-19
• 2.2.2 信息采集与融合处理子系统设计19-22
• 2.3 无人船传感器设备选型22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 无人船平台信息采集板设计26-39
• 3.1 信息采集板设计26-31
• 3.1.1 信息采集板外部接口设计26-27
• 3.1.2 信息采集板内部电路设计27-29
• 3.1.3 信息采集板功能阐述29-31
• 3.2 数字罗盘数据接口设计31
• 3.3 GPS 数据接口设计31-32
• 3.4 测深仪数据接口设计32
• 3.5 AIS 数据接口设计32-35
• 3.5.1 AIS 的发展背景32-33
• 3.5.2 AIS 系统工作原理33-35
• 3.5.3 AIS 数据解析35
• 3.6 雷达数据接口设计35-38
• 3.6.1 雷达的发展背景35-36
• 3.6.2 雷达的工作原理36-37
• 3.6.3 雷达数据解析37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 基于雷达的目标跟踪算法研究39-56
• 4.1 目标跟踪的基本概念和理论39-41
• 4.1.1 跟踪门理论39
• 4.1.2 数据关联39-40
• 4.1.3 跟踪维持40
• 4.1.4 航迹起始与终止40-41
• 4.1.5 漏报与虚警41
• 4.2 状态估计理论41-48
• 4.2.1 常增益滤波算法41-44
• 4.2.2 变系数滤波算法44-45
• 4.2.3 滤波算法仿真分析45-48
• 4.3 基于雷达信息的航迹处理48-55
• 4.3.1 航迹起始48-49
• 4.3.2 点迹关联49-51
• 4.3.3 基于雷达的目标跟踪算法实现51-52
• 4.3.4 基于雷达的目标跟踪算法仿真52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 基于 AIS 与雷达的多信息融合处理56-76
• 5.1 信息融合技术理论56-59
• 5.1.1 信息融合技术的提出与定义56
• 5.1.2 信息融合的优势56-57
• 5.1.3 信息融合的系统结构57-59
• 5.2 基于 AIS 与雷达信息融合的预处理59-64
• 5.2.1 时间校准60-62
• 5.2.2 空间校准62-64
• 5.3 基于 AIS 与雷达信息融合的数据融合处理64-70
• 5.3.1 基于 AIS 与雷达的航迹相关64-67
• 5.3.2 基于 AIS 与雷达的位置数据融合67-70
• 5.4 基于 AIS 与雷达目标信息的融合处理仿真分析70-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第6章 结论与展望76-78
• 6.1 本文工作总结76-77
• 6.2 对未来工作的展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研项目82

【参考文献】

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本文编号：577264