VTS系統(tǒng)船舶跟蹤和預測的新技術研究.pdf

1、船舶的高精度定位以及船舶的實時航跡預測技術是實現(xiàn)VTS智能預警的關鍵技術，具有很高的實際應用價值。針對當前基于卡爾曼濾波算法的航跡自適應濾波算法在模型坐標系的選擇方面、系統(tǒng)運行環(huán)境、噪聲背景和抑制濾波發(fā)散的處理手段上存在的種種問題，以及航跡預測技術實用性、通用性較低的問題，本文深入的研究了VTS領域?qū)@兩種技術的現(xiàn)狀和需求，具體工作如下:
　　 1.針對墨卡托航法和中分緯度法的經(jīng)度計算公式在建立卡爾曼濾波的系統(tǒng)狀態(tài)模型時，存在求

2、導困難和計算結果精度低的問題，提出了一種簡化的、短程航跡推算算法。算法將船舶的東西距航行近似為沿著推算起點的緯度圈航行，簡化了經(jīng)差的計算公式。實驗結果表明該方法具有參數(shù)少、在航程小于1海里時計算精度高的特點。
　　 2.針對傳統(tǒng)Sage-Husa自適應濾波算法存在系統(tǒng)噪聲和量測噪聲無法同時估計以及對方差的估計容易出現(xiàn)負定的情況，在原算法的基礎上提出了改進的算法。通過討論兩種噪聲對濾波增益的影響，確定了量測值的重要性，并從理論上推

3、導出保證量測噪聲方差正定的權重的取值范圍。和原算法相比，該方法計算步驟少，不易發(fā)散，濾波精度高、無初值要求。
　　 3.針對傳統(tǒng)Sage-Husa和STF自適應卡爾曼濾波算法在濾波發(fā)散時，無法自適應噪聲的問題，提出在濾波發(fā)散時增加對量測噪聲的修正思想。將實際誤差超出理論誤差的部分分別增加至量測噪聲和一步預測方差，既避免由于兩者數(shù)量級差距過大，忽略量測噪聲對濾波增益影響的情況，又實現(xiàn)了噪聲的自適應。經(jīng)比較，該方法計算步驟少、跟蹤性

4、能好、濾波精度高、無初值要求。
　　 4.針對單跟蹤源的自適應航跡估計算法易出現(xiàn)量測值的錯誤關聯(lián)問題，提出了加入辨識量測值真?zhèn)喂δ艿男滤惴āＴ撍惴ㄍㄟ^追蹤殘差的變化來識別預測值和量測值的吻合度，以狀態(tài)極限模型來識別何種模型出現(xiàn)了異常。該算法不僅可以識別量測值，還具備噪聲的自適應估計功能，具有無初值要求、計算步驟少、跟蹤性能好、濾波精度高、量測值的錯誤識別的特點。
　　 5.針對基于動力學或運動學模型的航跡推算方法存在計算