动力定位船舶位置参考系统的信息融合

发布时间：2017-10-06 01:45

  本文关键词：动力定位船舶位置参考系统的信息融合

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【摘要】：海底石油、天然气等资源的探测和开采促进了动力定位系统的发展,对动力定位系统的可靠性和精确性要求越来越高。根据国际海事组织及各国船级社对船舶动力定位系统等级的规范,动力定位船舶需装有多种及多个位置参考系统,保障动力定位的稳定性和精确性。本文从提高船舶动力定位系统可靠性和精确性的目的出发,针对位置参考系统进行信息融合研究。 首先,对动力定位船舶海平面的运动进行分析并对船舶运动数学模型进行研究；从位置参考原理出发对张紧索、水声定位、DGPS三种位置参考系统数学模型进行研究。其次,分别对各个位置参考系统采用无迹Kalman滤波方法和自适应无迹Kalman滤波方法进行滤波得到船舶的位置信息。最后,采用联邦滤波器对动力定位船舶三种位置参考系统进行信息融合。联邦滤波器是由子滤波器和主滤波器构成的分布式两级数据处理滤波器。对于联邦滤波器中的子滤波器,采用自适应无迹Kalman滤波方法对各位置参考系统进行滤波；主滤波器根据各子滤波器的误差方差阵对各子滤波器得到的滤波值进行融合得到船舶位置信息的最优值。在融合-重置结构联邦滤波器的主滤波器前端引入故障检测,设计实现了具有故障检测、隔离功能的容错联邦滤波器。 以一艘供给船为研究对象,对各滤波器和联邦滤波器进行仿真验证。由仿真可知,无迹Kalman滤波器和自适应无迹Kalman滤波器都很好地对船舶位置进行滤波估计,而自适应无迹Kalman滤波器的效果更佳；基于联邦滤波器的信息融合提高了船舶位置测量的精度,并且使得船舶测量系统具有一定的容错性,从而保障了船舶动力定位系统的可靠性和精确性。
【关键词】：动力定位 位置参考系统 信息融合 自适应无迹Kalman滤波 联邦滤波
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 论文研究背景与意义9-10
• 1.2 信息融合在动力定位系统中应用的国内外现状10-12
• 1.3 本文主要内容12-13
• 第2章 动力定位船舶及其位置参考系统的数学模型13-26
• 2.1 动力定位船舶数学模型13-17
• 2.1.1 船舶运动坐标系13-14
• 2.1.2 船舶低频运动模型14-16
• 2.1.3 船舶高频运动模型16-17
• 2.3 船舶位置参考系统数学模型17-25
• 2.3.1 张紧索系统数学模型17-20
• 2.3.2 水声位置参考系统数学模型20-22
• 2.3.3 DGPS数学模型22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 动力定位船舶位置参考系统的滤波26-44
• 3.1 Kalman滤波算法26-28
• 3.2 无迹KALMAN滤波算法28-31
• 3.2.1 无迹变换29-30
• 3.2.2 无迹Kalman滤波算法30-31
• 3.3 自适应无迹Kalman滤波算法31-33
• 3.4 UKF和AUKF在船舶动力定位中的应用及其仿真33-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 基于联邦滤波器的信息融合44-65
• 4.1 联邦滤波器基本原理44-50
• 4.1.1 联邦滤波器的结构44-48
• 4.1.2 信息分配48-49
• 4.1.3 联邦滤波器的工作流程49-50
• 4.2 信息分配系数的自适应50-51
• 4.3 动力定位船舶位置参考系统的信息融合51-59
• 4.3.1 基于无重置结构联邦滤波器的信息融合51-54
• 4.3.2 基于融合-重置结构联邦滤波器的信息融合54-59
• 4.4 容错联邦滤波器的设计59-64
• 4.4.1 位置参考系统故障检测60-61
• 4.4.2 容错联邦滤波器设计及其仿真61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 结论与展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69

【参考文献】

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本文编号：980029