雷达数据与AIS数据融合的应用研究

论文摘要

在对船舶航行安全保障技术的长期研究中,人们越来越认识到船舶之间以及船岸之间信息交换、信息识别的重要性。对于占有相当一部分比重的中小型船舶的通信问题,即中小型船舶与VTS之间、中小型船舶与其它船舶之间的通信问题的研究具有重要的实用意义。伴随着海运和内河航运事业的快速发展,船舶运载能力不断提高,港口航道变得繁忙和拥挤。并且,在天气和海洋情况不好的条件下,在比较浅的水域和交通繁忙的水域,经常有船舶之间碰撞的事情发生。目前舰船上已经普遍安装了船用导航雷达,船用雷达对安全航行发挥了重大作用。船舶自动识别系统AIS是一种船舶导航设备,AIS的应用能有效避免船舶间发生碰撞,能加强ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能。结合AIS系统和雷达系统,将这两个系统观测的数据进行融合,整合为一个新系统,这对于实现船舶的识别、跟踪及避碰是十分必要的。本文主要研究了雷达数据与AIS数据的融合,利用Hough变换和模式识别技术中的聚类方法,提出了一种数据关联方法,将来自同一目标的点迹归为同一类,然后将各类点迹分别进行融合得到更为精确的目标航迹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 工程背景以及应用价值
• 1.2 AIS系统的产生与发展
• 1.3 数据融合技术的研究与发展现状
• 1.4 本文研究内容
• 2. 雷达及船用自动识别系统AIS介绍
• 2.1 雷达工作原理
• 2.1.1 雷达测量距离的原理
• 2.1.2 雷达测量角方向的原理
• 2.1.3 雷达的应用以及局限性
• 2.2 船用自动识别系统AIS
• 2.2.1 AIS的基本功能以及系统组成
• 2.2.2 AIS在航海上的应用
• 2.2.3 AIS实施的意义以及局限性
• 2.3 雷达数据和AIS数据融合的意义
• 3. 数据融合技术
• 3.1 数据融合的基本概念和意义
• 3.2 数据融合系统的构成
• 3.2.1 数据融合的功能模型
• 3.2.2 数据融合的级别
• 3.2.3 数据融合的结构
• 3.3 数据融合的技术和方法
• 4. 雷达数据与AIS数据融合方法
• 4.1 融合系统的体系结构设计
• 4.2 聚类分析方法
• 4.2.1 聚类分析的基本思想
• 4.2.2 聚类准则
• 4.2.3 聚类结果的评价
• 4.3 Hough变换
• 4.3.1 Hough变换的基本原理
• 4.3.2 Hough变换的应用
• 4.4 时间与空间配准
• 4.4.1 问题描述
• 4.4.2 时间配准算法
• 4.4.3 空间数据校准
• 4.5 航迹相关
• 4.5.1 基于历史信息统计的最近邻方法
• 4.5.2 基于Hough变换的k-均值算法
• 4.6 点迹合并
• 4.7 航迹滤波
• 4.8 航迹管理
• 4.8.1 航迹号管理
• 4.8.2 航迹质量管理
• 4.9 野值剔除
• 5. 仿真实验及编程实现
• 5.1 仿真设计
• 5.1.1 仿真条件设定
• 5.1.2 仿真流程设计
• 5.2 时空配准
• 5.3 航迹相关
• 5.3.1 基于历史信息统计的最近邻方法相关
• 5.3.2 基于Hough变换方法的k-均值算法
• 5.4 加权融合
• 5.5 仿真结果分析
• 5.6 编程实现
• 6 小结
• 致谢
• 参考文献