[發(fā)明專利]船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010117044.4
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN102192736A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒東亮;陳剛;張崇猛;鄭榮才
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七○七研究所
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01S19/14
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)信息綜合顯示單元接收傳感器輸出的數(shù)據(jù)；

(2)信息綜合顯示單元對所接收的數(shù)據(jù)進行有效性處理；

(3)信息綜合顯示單元對所接收的數(shù)據(jù)進行合理性處理；

(4)信息綜合顯示單元對所接收的數(shù)據(jù)進行一致性處理；

(5)信息綜合顯示單元對所接收的位置數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一集成處理；

(6)信息綜合顯示單元將經(jīng)過步驟(1)～(5)處理后的數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波處理；

(7)重復步驟(1)～(6)，完成傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法，其特征在于：所述步驟(2)中的有效性處理的方法是：將每個信息幀中的各字節(jié)進行異或操作后，再將結(jié)果求和，將求和后的結(jié)果與校驗位中存儲的內(nèi)容比較。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法，其特征在于：所述步驟(3)中的合理性處理的方法是：將除氣象信息外的其它數(shù)據(jù)與相應(yīng)的野值門限值進行比較，超出野值門限值范圍的數(shù)據(jù)丟棄，其余為合理數(shù)據(jù)，所述野值門限值的定義是：兩個數(shù)據(jù)發(fā)送時刻之間的間隔內(nèi)設(shè)備移動的最大距離加上設(shè)備出廠誤差后再乘以一系數(shù)M。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法，其特征在于：所述步驟(4)中一致性處理包括：角度單位換算為弧度，位置統(tǒng)一到經(jīng)緯度并用弧度描述，速度單位換算為節(jié)，時間單位換算為小時，航程和偏航距單位換算為海里，使GPS系統(tǒng)每經(jīng)過一個時區(qū)后的北京時和世界協(xié)調(diào)時一致，以上換算后的所有數(shù)據(jù)均被轉(zhuǎn)換為雙精度浮點數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法，其特征在于：所述步驟(5)中的統(tǒng)一集成處理是：位置數(shù)據(jù)由GPS設(shè)備輸出，

當主GPS設(shè)備故障無輸出時，使用備用GPS設(shè)備數(shù)據(jù)；

當主GPS設(shè)備輸出數(shù)據(jù)超出正常范圍時，將主GPS設(shè)備和備用GPS設(shè)備的兩個輸出數(shù)據(jù)進行融合運算，得到修正后的位置數(shù)據(jù)，融合運算的公式為：

P_B＝φ_B×P_DR+(1-φ_B)×(WF1×P_GPS1+WF2×P_GPS2)???????公式(1)

φ_B＝EXP(-(TOV_BCURRENT-TOV_BPREVIUS)/10_SEC)??????????公式(2)

其中：

φ_B和(1-φ_B)是權(quán)值，分別表示對前一時刻的位置信息和當前GPS位置信息的加權(quán)值；

P_DR是從上一時刻位置外推得到當前時刻的推算船位；

P_GPS1是自船基準點(OSRP)相關(guān)修正后的GPS1位置推算到當前時刻的船位；

P_GPS2是自船基準點(OSRP)相關(guān)修正后的GPS2位置推算到當前時刻的船位；

WF1和WF2是權(quán)因子，其取值范圍是：

0≤WF1≤1，0≤WF2≤1，同時滿足WF1+WF2＝1，

TOV_bcurrent為接收當前數(shù)據(jù)對應(yīng)的時刻，TOV_bprevius為接收上一次數(shù)據(jù)對應(yīng)的時刻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶綜合控制系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理方法，其特征在于：所述步驟(6)中的卡爾曼濾波處理是將傳感器輸出的若干數(shù)據(jù)作為卡爾曼濾波狀態(tài)方程中的測量數(shù)據(jù)，通過卡爾曼濾波狀態(tài)方程估計偏差，再將接收到的測量數(shù)據(jù)與偏差運算后得到精確的測量數(shù)據(jù)，該處理過程包括以下步驟：

(1)系統(tǒng)狀態(tài)方程和系統(tǒng)測量方程

系統(tǒng)狀態(tài)方程：

X(k)＝B(k)×X(k-1)+W(k)???????????????公式(3)

系統(tǒng)測量方程：

Y(k)＝H(k)×X(k)+V(k)?????????????????公式(4)；

(2)無測量數(shù)據(jù)時的系統(tǒng)初值設(shè)定

系統(tǒng)狀態(tài)初值X(0)，濾波協(xié)方差陣初值P(0)，系統(tǒng)噪聲方差初值Q(0)，量測噪聲方差初值R(0)，轉(zhuǎn)移矩陣B(0)，測量矩陣H(0)，量測量初值Z(0)；

(3)預測當前時刻至下一時刻的狀態(tài)

X(k+1/k)＝B(k+1)X(k/k)+M_W(k)??????????公式(5)；

(4)計算新息

Z(k+1)＝Y(jié)(k+1)-[H(k+1)X(k+1/k)+M_V(k)]?公式(6)；

(5)計算預測協(xié)方差

P(k+1/k)＝B(k+1)P(k/k)B^z(k+1)+Q(k)????公式(7)；

(6)計算增益

K(k+1)＝P(k+1/k)H^Z(k+1)[H(k+1)P(k+1/k)H^Z(k+1)+R(k)]??????3公式(8)；

(7)計算估值

X(k+1/k+1)＝X(k+1/k)+K(k+1)Z(k+1)?????公式(9)；

(8)計算驗后協(xié)方差

P(k+1/k+1)＝[I-K(k+1)H(k+1)]P(k+1/k)??公式(10)；

(9)根據(jù)公式(11)～(14)計算

系統(tǒng)噪聲均值：

M_W(k+1)＝(1-α)M_W(k)+α×[X(k+1/k+1)-B(k+1)X(k/k)]???公式(11)

系統(tǒng)噪聲方差：

Q(k+1)＝(1-α)×Q(k)+α×[K(k+1)Z(k+1)Z^T(k+1)K^T(k+1)+

?????????????????????????????????????????????????????公式(12)

P(k+1/k+1)-B(k+1)P(k/k)B^T(k+1)]

量測噪聲均值：

M_V(k+1)＝(1-α)×M_V(k)+α×[Y(k+1)-H(k+1)X(k+1/k)]???公式(13)

量測噪聲方差：

R(k+1)＝(1-α)×R(k)+α×[Z(k+1)Z^T(k+1)-H(k+1)P(k+1/k)H^T(k+1)]

?????????????????????????????????????????????????????公式(14)；

(10)將公式(7)的計算結(jié)果帶入公式(2)，得到測量數(shù)據(jù)的偏差，再將該偏差和公式(10)、(11)～(14)的結(jié)果帶入到公式(3)～(9)中，計算出下一時刻的測量數(shù)據(jù)的偏差，再用該時刻接收到的測量數(shù)據(jù)與該偏差相減得到當前時刻的精確的測量數(shù)據(jù)；

各方程中的k＝0，1，2，3，4，5……，其它函數(shù)定義如下：

X(k)為k時刻的n維狀態(tài)矢量，B(k)為由k-1時刻到k時刻的一步n×n階轉(zhuǎn)移矩陣，W(k)為k時刻的r維系統(tǒng)噪聲，Y(k)為k時刻的m維測量矢量；H(k)為k時刻的m×n階測量矩陣；V(k)為k時刻的m維測量噪聲，M_W是系統(tǒng)噪聲均值，E{W(k)}＝M_W，{W_k}和{V_k}是互不相關(guān)的白噪聲序列，且它們的方差陣分別為Q和R。