《基于船联网的相对组合导航关键理论与方法》

1.所属科学技术领域:该项目所属科学技术领域为信息科学与系统科学。

2.项目主要内容:

船联网能够利用船载电子传感器,通过移动通讯技术、智能终端设备与信息网络平台,实现信息互联互通,从而对船、人、物、岸等进行有效的智能监控、调度、管理。在船联网的网络化感知环境中,舰船不仅能够获得自身固有设备(GPS、北斗、陀螺仪等)采集的导航信息,还能通过AIS等设备接收到相邻船只信息进而转化为其相对导航信息。有效地综合利用这些来自不同信息源的导航信息,可以进一步提高现有舰船的导航精度与实时性、进一步增强管理部门对航道运行状况的监控能力。这种综合利用方法即为相对组合导航。然而,相对组合导航方法的研究主要集中于航天器对接、多移动机器人等的导航与定位过程,而在船联网中的应用研究尚且较少。因而,该项目拟基于船联网的网络化感知环境,结合多源信息融合理论、凸优化理论及Krein空间理论,开展复杂场景下实用、实时的船联网相对组合导航部分关键技术研究。

1)针对相对组合导航过程中船载固有导航设备、相邻船只的相对导航信息在信息获取频率的不同,以及系统噪声的复杂性,基于Krein空间理论的正交投影方法研究,提出了多速率采样与复杂噪声环境下的多传感器序贯式融合定位方法,用于实时处理异步导航信息的多传感器序贯组合导航定位问题。针对导航过程受复杂相关噪声干扰的场景,利用解相关的思想,给出了能够实时处理异步导航信息的多传感器序贯融合估计定位方法,避免了提升技术带来融合实时性不足的问题。针对导航过程受乘性噪声干扰的场景,利用Krein空间理论与性能指标的等价描述,提出了序贯式鲁棒融合估计定位方法。相关工作已被国内外知名学者在《Information Fusion》、《Journal of Franklin Institute》、《Neurocomputing》等期刊作为多传感器序贯式异步融合估计问题的重要方法进行引用。

2)针对船联网中的网络传输问题,该课题基于序贯式融合结构,利用噪声估计的策略,结合Krein空间理论,提出了能够实时处理相对组合导航过程中导航信息延迟、丢包等场景下的网络化导航信息序贯式融合定位方法。针对同一海域内多艘舰船的联合组合导航问题,研究了多船联合定位过程中的一致性问题,当速度信息无法准确获取时,提出了基于降阶观测器的一致性协议,来解决具有定向拓扑和时延的多船联合组合导航一致性问题。相关工作已被国内外知名学者在《International Journal of General Systems》、《Neurocomputing》、《ISA transactions》等期刊作为解决网络化融合估计定位、一致性控制等问题的重要方法进行引用。

3.授权知识产权情况:

该项目针对船联网相对组合导航的部分关键技术进行研究,已申请获批软件著作权1项,发表高质量学术论文5篇,其中SCI收录论文3篇,EI期刊及核心期刊收录论文2篇。相关成果曾获河南省自然科学优秀论文奖二等奖3项、河南省教育厅科技成果二等奖1项。项目所研究内容通过了教育部科技查新;经河南省科技厅成果鉴定,达到国内领先水平;基于部分成果所设计的软件通过了八六三软件评测中心测试。

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