[發明專利]基于自適應信息融合的船舶綜合PNT系統及其監控方法

在審

• 申請號: 201811407325.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109596119A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 孟凡彬;李躍芳;房媛媛;劉乃道;張永兵
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種基于自適應信息融合的船舶綜合PNT系統，其技術特點在于：包括PNT傳感器單元、數據采集單元、信息融合單元和海圖導航單元，所述PNT傳感器單元與數據采集單元相連接，用于獲取船舶定位、導航與授時PNT信息；所述數據采集單元與信息融合單元相連接，用于將采集的船舶PNT信息進行集成后輸出至信息融合單元；所述信息融合單元與海圖導航單元相連接，用于對傳感器原始數據預處理、多方案切換自適應融合，以及故障檢測、故障隔離與系統重構；所述海圖導航單元用于實現船舶定位導航、航線規劃和航行監控等船舶駕駛輔助。本發明能夠提供高精度穩健的PNT信息及其他導助航信息，滿足船舶航行需求，提高船舶航行安全保障。

技術領域

本發明屬于船舶導航技術領域，涉及船舶綜合PNT系統，尤其是一種基于自適應信息融合的船舶綜合PNT系統及其監控方法。

背景技術

隨著全球性經濟貿易往來日益頻繁，船舶交通密度越來越大，越來越多的電磁頻率惡意和無意干擾，加上其他環境挑戰(低可見度、電離層閃爍)和地理因素導致的問題，交通環境日趨復雜，避碰和擱淺事故頻繁發生。船舶航行中對高精度PNT信息的需求日益增強，然而當前存在的系統中船舶定位、導航與授時(PNT,Position,Navigation andTiming)信息呈現出不準確性和信息的不完整性，嚴重制約了船舶交通運輸領域的發展。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、穩定可靠且容錯性強的基于自適應信息融合的船舶綜合PNT系統及其監控方法。

本發明解決其現實問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于自適應信息融合的船舶綜合PNT系統，包括PNT傳感器單元、數據采集單元、信息融合單元和海圖導航單元，所述PNT傳感器單元與數據采集單元相連接，用于獲取船舶定位、導航與授時PNT信息；

所述數據采集單元與信息融合單元相連接，用于將采集的船舶PNT信息進行集成后輸出至信息融合單元；

所述信息融合單元與海圖導航單元相連接，用于對傳感器原始數據預處理、多方案切換自適應融合，以及故障檢測、故障隔離與系統重構；

所述海圖導航單元用于實現船舶定位導航、航線規劃和航行監控等船舶駕駛輔助。

而且，所述PNT傳感器單元包括BDS北斗導航系統、GPS全球定位系統、羅經、慣性導航系統、計程儀、雷達、AIS船舶自動識別系統和氣象儀，用于集成所有從船上傳感器獲得可用的PVT數據、N數據以及從船上傳感器獲得可用的原始數據；所述PNT傳感器單元通過網絡或串口與數據采集單元相連接。

而且，所述數據采集單元采用數據集成和關聯方法，面向對象和基于方程的物理建模語言，統一形式描述多現象學PNT數據，對不同現象PNT的共同結構特征進行分析抽象和統一建模，進而實現對BDS、GPS、羅經、慣性導航系統、計程儀、雷達、AIS的PNT信息的一體化集成。

而且，所述信息融合單元的多方案切換自適應融合是實現對同類、異類信息進行有效融合；

而且，所述信息融合單元的故障檢測是適用于分散化估計和并行濾波結構的綜合故障診斷，其方法是以卡爾曼濾波為主體，融合聯邦理論、分布式濾波、自適應及其智能算法的方式實現；

而且，所述信息融合單元的故障隔離與系統重構的方法是：通過實時監測GNSS、無線電導航系統等各種PNT信號，以風險評估為基礎，確定信號對近實時分發的干擾，描述其完好性特征，及時識別故障設備，將其與正常設備隔離，實現將失效子系統隔離，用剩下的正常子系統繼續完成導航任務，并以最佳組合方案對剩余的正常子系統進行重構。