基于聯(lián)邦濾波位置參考系統(tǒng)信息融合研究.pdf

1、動(dòng)力定位(DP)船舶大多從事危險(xiǎn)性較高的海洋工程作業(yè)，國際海事組織及各國船級(jí)社都要求DP船舶按照等級(jí)配備多種位置參考系統(tǒng)，因此如何有效利用各種測量信息提高DP系統(tǒng)的安全性和作業(yè)性能成為一個(gè)亟待解決的問題。信息融合技術(shù)正是一種對(duì)多傳感器信息進(jìn)行優(yōu)化組合的有效方法，本文針對(duì)動(dòng)力定位船舶位置參考系統(tǒng)采用基于聯(lián)邦濾波思想利用無跡卡爾曼濾波(UKF)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多傳感器信息融合。該方法能克服使用單個(gè)位置參考系統(tǒng)存在的局限性，有效的將動(dòng)力定位船舶配備

2、的多個(gè)冗余位置參考系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合；同時(shí)利用UKF濾波方法解決了傳統(tǒng)EKF方法在處理非線性系統(tǒng)濾波估計(jì)時(shí)存在的線性化誤差較大的問題。此外，文中所采用的聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)多種位置參考系統(tǒng)信息融合的同時(shí)可以進(jìn)一步提高整個(gè)多傳感器位置參考系統(tǒng)的容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力。
　　 動(dòng)力定位船舶所配備的多冗余位置參考系統(tǒng)是典型的多傳感器系統(tǒng)，而且各種測量系統(tǒng)均存在高度的非線性特性。傳統(tǒng)的多傳感器信息融合方法，大多采用傳感器測量值的噪聲協(xié)方

3、差特性來對(duì)傳感器特性進(jìn)行描述并用于相應(yīng)融合方法的研究中。與傳統(tǒng)方法不同，本文嘗試從測量原理出發(fā)采用非線性測量方程實(shí)現(xiàn)對(duì)各種位置參考系統(tǒng)傳感器特性的描述，并利用聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)和UKF濾波方法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信息融合功能。
　　 聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)主要由一個(gè)主濾波器和若干個(gè)子濾波器構(gòu)成，是一種具有兩級(jí)數(shù)據(jù)處理分布式濾波方法。本文針對(duì)動(dòng)力定位船舶的位置參考系統(tǒng)(張緊索、水聲和GPS)建立相應(yīng)的非線性測量方程，將所建立的非線性測量方程結(jié)合非線性船舶運(yùn)

4、動(dòng)方程，采用UKF方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了針對(duì)每個(gè)位置參考系統(tǒng)的子濾波器。而后根據(jù)子濾波器得到的狀態(tài)變量及估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣等信息設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了具有信息融合功能的主濾波器。同時(shí)為了提高整個(gè)位置參考系統(tǒng)的容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力，在無反饋聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)的主濾波器前端引入故障檢測功能，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了具有故障檢測及恢復(fù)功能的容錯(cuò)聯(lián)邦濾波器。
　　 最后基于建立的仿真環(huán)境，對(duì)所設(shè)計(jì)的無反饋和有反饋兩種結(jié)構(gòu)的聯(lián)邦濾波信息融合方法中的各部分功能模塊進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)