[发明专利]一种两个AIS参考点的船舶自主定位方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种船舶自主定位方法，具体讲是涉及一种两个AIS参考点的船舶自主定位方法，其属于定位导航领域。 

背景技术

目前，海上船舶导航主要依靠于全球导航卫星系统（GNSS），但GNSS的脆弱性使国际海事组织（IMO）成员国一致认为：为了保证航行安全，将来的船舶应强制配备空基和陆基双备份的定位导航系统。随着美国Loran系统的关闭，为了满足国际上当前船舶导航陆空双备份系统的需求，迫切需要研究新的陆基定位系统。在IMO的e-航海战略研究中，IMO委托国际航标协会（IALA）制定新的世界无线电导航计划。IALA明确将AIS测距定位（AIS-R Mode）列为将来的陆基无线电导航系统。因此，利用现有AIS系统进行船舶的测距定位成为了当前满足双备份系统需求的研究热点技术。 

目前，利用AIS系统实现船舶的自主定位，当信号覆盖条件较好时，能够收到三个及以上定位参考点的AIS定位信号时，可采用测距法或测距差法实现定位。但当信号覆盖条件较差时，例如仅能收到两个定位参考点的AIS定位信号时，由于AIS基站和船舶间存在时钟不同步问题，很难利用传统的测距法或测距差法进行定位。 

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是要提供一种在AIS信号覆盖条件较差时，即仅能收到两个AIS参考点的定位信号时，在外部传感器（如罗经、计程仪等）的辅助下，实现船舶自主定位的方法。 

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种两个AIS参考点下的船舶自主定位方法，其由定位解算终端设备实现；所述定位解算终端设备由主控模块、外部辅助传感器模块、液晶显示模块和电源模块组成；所述电源模块为定位解算终端设备提供电源支持；所述外部辅助传感器模块测量船舶运动的辅助信息；所述液晶显示模块储存和显示定位数据；所述主控模块为定位解算终端设备的核心单元；其由定位信号测量处理模块、AIS基站电文提取模块和定位解算处理模块组成。 

所述定位信号测量处理模块对接收到的来自AIS参考点的定位信号进行载波测量，得到AIS参考点与船舶之间的伪距信息，并将伪距信息提供给定位解算处理模块，以供定位解算处理模块定位解算使用。 

所述AIS基站电文提取模块对接收到的来自AIS参考点的定位信号进行信号解调，提取电文信息，得到各AIS定位参考点的精确位置信息，并将基站的精确位置信息输出给定位解算处理模块。 

所述定位解算处理模块利用定位信号测量处理模块和AIS基站电文提取模块的输出数据信息完成定位解算功能。 

所述辅助信息包括：当前时刻的航速和航向信息。 

所述两个AIS参考点下的船舶自主定位方法的处理步骤如下： 

1) 主控模块实时判断接收到的AIS定位信号的基站个数，如果接收到的AIS定位基站个数等于2，则进入外部传感器辅助AIS定位方法模式，若定位基站个数大于等于3，解算处理模块8直接利用传统的测距或测距差法实现船舶位置的定位解算，转入步骤7)；

2) 进入外部传感器辅助AIS定位方法模式时，首先根据外部辅助传感器模块3得到船舶运动的辅助信息，包括当前时刻的航速和航向信息；

3) 主控模块根据船舶运动辅助信息计算出相邻两个时刻船舶的位移变化矢量；

4) 定位信号测量处理模块对相邻两个时刻AIS参考点的定位信号进行载波测量，得到相邻两个时刻AIS参考点与船舶之间的伪距信息，并将上述信息提供给定位解算处理模块；

5) AIS基站电文提取模块对AIS参考点的定位信号进行解调，提取来自AIS参考点的电文信息，得到AIS定位参考点精确的位置信息，并将该信息输出给定位解算处理模块；

6) 定位解算处理模块根据外部辅助传感器模块、定位信号测量处理模块、AIS基站电文提取模块7的输出数据信息，调用数学解算模型进行定位解算；

7) 将定位数据在液晶显示模块上进行存储显示，并转入步骤1)重复上述过程。

所述数学解算模型进行定位解算的过程如下： 

首先计算出船舶的位移变化矢量△X_k：

                                                         (1)

其中，   、   分别为时刻k船舶的航速和航向，   为相邻时刻的时间间隔，   、   分别为时刻k船舶横向和纵向的位移变化分量；