基于电子海图系统的海流对船舶航迹影响的研究

论文摘要

导航是指引导运载体(如船舶)安全航行,即将运载体从一个地方安全地引导到另一个地方的过程。但是随着科学技术的发展,导航还需要为运载体以及载体内的其他系统(如测量、武器、监视的系统)提供精确的导航和定位信息,对船舶的航向和航迹进行控制,实现船舶动力定位。提高船舶的导航精度是导航领域研究的热点,在充分利用现有的导航信息的基础上,通过采用计算机技术及其相应的新技术、新算法以达到提高导航精度的目标。本文以电子海图系统为平台,以海洋环境中海流数据为支持的辅助船舶导航系统为研究对象,以提高船舶定位精度和降低海流影响为研究目标,开展了相关的研究工作。首先,本文对船舶导航中的关键技术进行了介绍,详细叙述了船舶导航原理、系统组成、基本功能和工作流程;并且着重介绍了基于推算船位的导航技术。并对电子海图的系统组成、技术特点、主要功能及基于电子海图的航线制定进行了详细的介绍。其次,针对海流对航迹的影响,对海流的成因、分类、观测方法进行了分析整理;以实测全年海流数据为基础,分析了海流对航迹的影响,并以实测数据为基础,进行了详尽的实验仿真论证。最后,结合电子海图显示平台,详细的研究了基于电子海图显示系统的推算船位算法,构建了推算系统的状态方程和观测方程;使用Kalman滤波技术对船舶航迹以及海流数据进行融合滤波,提出了降低海流对船位推算性能影响的解决方案;应用实测数据对算法进行仿真分析,结果表明:该方法可精确地提供船舶的导航信息,验证了该方法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 相关技术及其发展状况
• 1.2.1 船舶导航和推算船位技术
• 1.2.2 位置融合技术
• 1.2.3 电子海图技术
• 1.3 本论文研究的内容以及章节安排
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 论文章节安排
• 第2章 推算船位与电子海图
• 2.1 引言
• 2.2 基于推算船位的导航技术
• 2.2.1 计算航法原理
• 2.2.2 计算航法的几点说明
• 2.2.3 计算航法的应用
• 2.3 电子海图
• 2.3.1 电子海图的系统组成
• 2.3.2 电子海图的工作流程
• 2.3.3 电子海图的技术特点
• 2.3.4 电子海图的主要功能
• 2.3.5 基于电子海图的航线制定
• 2.4 本章小结
• 第3章 海流的相关知识
• 3.1 引言
• 3.2 海流的表示
• 3.3 海流的分类及其特点
• 3.3.1 风海流
• 3.3.2 其他类型海流
• 3.4 海流的观测方法
• 3.4.1 浮标漂移测流法
• 3.4.2 定点观测海流
• 3.5 影响海流观测误差分析
• 3.5.1 平台无运动时的误差
• 3.5.2 平台缓慢移动所产生的误差
• 3.5.3 平台的快速运动所产生的误差
• 3.6 海流的数据格式
• 3.7 本章小结
• 第4章 海流对船舶航迹的影响
• 4.1 引言
• 4.2 海流对船舶航行影响的理论分析
• 4.2.1 对船舶航行的影响
• 4.2.2 计算流压
• 4.2.3 修正流压
• 4.3 海流对船舶航行影响的数据分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于电子海图的推算船位算法
• 5.1 引言
• 5.2 基于电子海图的推算船位算法
• 5.2.1 航线分段
• 5.2.2 搜索当前航道段号
• 5.2.3 推算航段的确定
• 5.2.4 推算过程
• 5.3 消除海流对推算船位影响的Kalman滤波算法
• 5.3.1 海流状态方程
• 5.3.2 海流影响下的推算系统状态方程
• 5.3.3 推算系统观测方程的建立
• 5.4 算法性能分析及实现
• 5.4.1 仿真参数设置
• 5.4.2 算法性能分析
• 5.4.3 系统实现
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢