[發明專利]一種單AIS參考點的船舶自主定位方法

有效

• 申請號: 201710403580.2
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107315164B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 姜毅;方玉光;張淑芳;胡青;鄭凱
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司 21226
• 代理人: 馬瑞駒

1.一種單AIS參考點的船舶自主定位方法，其特征在于，由單AIS參考點的船舶自主定位終端設備實現，所述單AIS參考點的船舶自主定位終端設備由電源模塊、液晶顯示模塊、單基站定位模塊和AIS天線單元共同配合實現船舶定位；所述電源模塊用于為AIS天線單元和單基站定位模塊提供電源支持；所述液晶顯示模塊用于實時顯示船舶定位結果，展示船舶位置信息；所述AIS天線單元由三副甚高頻AIS天線構成，用于接收來自基站的AIS信號，其中一副為主天線，另外兩副為輔助天線；所述單基站定位模塊是單AIS參考點的船舶自主定位終端設備的核心單元，由AIS信號解調子模塊、定位信號提取子模塊、AIS電文解析子模塊和定位解算處理子模塊四部分組成，所述單AIS參考點的船舶自主定位方法的處理步驟如下：

1)首先給主天線供電，AIS信號解調子模塊對接收的AIS信號進行解調跟蹤，AIS電文解析子模塊實時判斷主天線能夠接收到的AIS定位信號的基站個數，若接收到的AIS定位信號的基站個數等于1，則進入單AIS參考點的船舶自主定位模式；

2)進入單AIS參考點的船舶自主定位模式時，給兩副輔助天線供電，AIS信號解調子模塊對三副天線接收到的來自AIS基站參考點的信號分別進行解調跟蹤；

3)定位信號提取子模塊得到來自三副天線與AIS基站間的距離測量數據，并將該測量數據輸出給定位解算處理子模塊；

4)AIS電文解析子模塊對來自三副天線的三路信號進行幀同步處理，在重復性判決的基礎上，提取來自AIS基站的電文信息，得到AIS定位參考點精確的位置，并將該位置數據輸出給定位解算處理子模塊；

5)定位解算處理子模塊根據定位信號提取子模塊輸出的三個距離測量值，AIS電文解析子模塊輸出的基站位置數據，以及外部航速傳感器提供的航速信息，調用單AIS參考點的船舶自主定位解算數學模型進行定位解算；

所述單AIS參考點的船舶自主定位解算數學模型如下：

船舶第i副天線與基站間的定位方程為：

其中，(X_B,Y_B)為基站的坐標，(X_i,Y_i)為船舶第i副天線的位置坐標，ΔT為由于船舶和基站的時間不同步引入的距離偏差，為測量得到的第i副天線到基站間的距離，此時，船舶的位置坐標用(X₀,Y₀)表示；

建立船舶局部坐標系，以船舶中心作為坐標系的原點，x軸指向船首向方向，y軸與x軸垂直，設(x_i,y_i)為船上第i副天線在船舶局部坐標系下的位置坐標，在事先測得，根據船上已有測定方向基準的設備，可得到船舶的航向角為θ，則有

其中，Rot(θ)稱為旋轉矩陣，將式(2)代入式(1)，令

對定位方程進行線性化處理，利用泰勒級數展開，保留一階項，得

其中，為船舶的初始估計坐標，為根據式(2)計算得到的船舶第i副天線對應的估計坐標，為船舶與基站時間不同步引入的估計的距離偏差，δX₀,δY₀,δT為相應估計值的改正量；

聯理三副天線對應得到的測量方程(4)，構成定位矩陣進行求解，即可得到船舶位置坐標(X₀,Y₀)；

6)將定位解算結果在液晶顯示模塊上進行存儲顯示，并轉入步驟1)重復上述過程。

2.根據權利要求1所述的一種單AIS參考點的船舶自主定位方法，其特征在于，所述AIS信號解調子模塊對各副天線接收到的來自AIS基站的信號進行解調跟蹤，為定位信號提取子模塊提供載波測量信號，為AIS電文解析子模塊提供電文二進制數據流。

3.根據權利要求1所述的一種單AIS參考點的船舶自主定位方法，其特征在于，所述定位信號提取子模塊對來自AIS信號解調子模塊中的載波信號進行測量，得到各副天線與AIS基站之間的距離測量值，并將該測量值提供給定位解算處理子模塊，用于計算船舶位置。

4.根據權利要求1所述的一種單AIS參考點的船舶自主定位方法，其特征在于，所述AIS電文解析子模塊對來自AIS信號解調子模塊中的電文二進制數據流進行同步處理，重復性判決，解析AIS電文信息，得到AIS基站的精確位置，并將參考點AIS基站的精確位置信息輸出給定位解算處理子模塊。