[发明专利]基于自适应信息融合的船舶综合PNT系统及其监控方法

说明书

本发明涉及一种基于自适应信息融合的船舶综合PNT系统，其技术特点在于：包括PNT传感器单元、数据采集单元、信息融合单元和海图导航单元，所述PNT传感器单元与数据采集单元相连接，用于获取船舶定位、导航与授时PNT信息；所述数据采集单元与信息融合单元相连接，用于将采集的船舶PNT信息进行集成后输出至信息融合单元；所述信息融合单元与海图导航单元相连接，用于对传感器原始数据预处理、多方案切换自适应融合，以及故障检测、故障隔离与系统重构；所述海图导航单元用于实现船舶定位导航、航线规划和航行监控等船舶驾驶辅助。本发明能够提供高精度稳健的PNT信息及其他导助航信息，满足船舶航行需求，提高船舶航行安全保障。

技术领域

本发明属于船舶导航技术领域，涉及船舶综合PNT系统，尤其是一种基于自适应信息融合的船舶综合PNT系统及其监控方法。

背景技术

随着全球性经济贸易往来日益频繁，船舶交通密度越来越大，越来越多的电磁频率恶意和无意干扰，加上其他环境挑战(低可见度、电离层闪烁)和地理因素导致的问题，交通环境日趋复杂，避碰和搁浅事故频繁发生。船舶航行中对高精度PNT信息的需求日益增强，然而当前存在的系统中船舶定位、导航与授时(PNT,Position,Navigation andTiming)信息呈现出不准确性和信息的不完整性，严重制约了船舶交通运输领域的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、稳定可靠且容错性强的基于自适应信息融合的船舶综合PNT系统及其监控方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于自适应信息融合的船舶综合PNT系统，包括PNT传感器单元、数据采集单元、信息融合单元和海图导航单元，所述PNT传感器单元与数据采集单元相连接，用于获取船舶定位、导航与授时PNT信息；

所述数据采集单元与信息融合单元相连接，用于将采集的船舶PNT信息进行集成后输出至信息融合单元；

所述信息融合单元与海图导航单元相连接，用于对传感器原始数据预处理、多方案切换自适应融合，以及故障检测、故障隔离与系统重构；

所述海图导航单元用于实现船舶定位导航、航线规划和航行监控等船舶驾驶辅助。

而且，所述PNT传感器单元包括BDS北斗导航系统、GPS全球定位系统、罗经、惯性导航系统、计程仪、雷达、AIS船舶自动识别系统和气象仪，用于集成所有从船上传感器获得可用的PVT数据、N数据以及从船上传感器获得可用的原始数据；所述PNT传感器单元通过网络或串口与数据采集单元相连接。

而且，所述数据采集单元采用数据集成和关联方法，面向对象和基于方程的物理建模语言，统一形式描述多现象学PNT数据，对不同现象PNT的共同结构特征进行分析抽象和统一建模，进而实现对BDS、GPS、罗经、惯性导航系统、计程仪、雷达、AIS的PNT信息的一体化集成。

而且，所述信息融合单元的多方案切换自适应融合是实现对同类、异类信息进行有效融合；

而且，所述信息融合单元的故障检测是适用于分散化估计和并行滤波结构的综合故障诊断，其方法是以卡尔曼滤波为主体，融合联邦理论、分布式滤波、自适应及其智能算法的方式实现；

而且，所述信息融合单元的故障隔离与系统重构的方法是：通过实时监测GNSS、无线电导航系统等各种PNT信号，以风险评估为基础，确定信号对近实时分发的干扰，描述其完好性特征，及时识别故障设备，将其与正常设备隔离，实现将失效子系统隔离，用剩下的正常子系统继续完成导航任务，并以最佳组合方案对剩余的正常子系统进行重构。