北極航道的船舶組合導(dǎo)航方法*

吳建華 江心博 王 辰 付 鵬 杜 威 聶根政

（1.武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院 武漢430063；2.武漢理工大學(xué)內(nèi)河航運(yùn)技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢430063；3.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院 北京100020）

0 引 言

北極地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的資源，其巨大的商業(yè)價(jià)值和科考價(jià)值已成為當(dāng)前國(guó)際航運(yùn)界關(guān)注的新焦點(diǎn)，隨著全球變暖，北極地區(qū)海冰融化速度加快，北極東北航線夏季可實(shí)現(xiàn)常態(tài)化商業(yè)運(yùn)營(yíng)。北極航道的通航可以減少航行距離和時(shí)間、降低航運(yùn)成本、提高航行效率[1-3]。

船舶航行北極東北航道一般使用俄羅斯推薦的計(jì)劃航線為基礎(chǔ)航線，通過(guò)逐步的商業(yè)航行實(shí)踐驗(yàn)證并優(yōu)化了較為滿意的北極東北航道計(jì)劃航線[4-5]，但是要保證船舶在此計(jì)劃航線上的安全航行需要高精度的定位和航向保障[6]。筆者隨商船“永盛”輪航行北極東北航道科考之際發(fā)現(xiàn)船舶在高緯度航區(qū)航行時(shí)，傳統(tǒng)的導(dǎo)航設(shè)備磁羅經(jīng)和陀螺羅經(jīng)會(huì)產(chǎn)生較大誤差，另外北極東北航道的開通具有特殊的戰(zhàn)略意義，衛(wèi)星定位易受外界干擾影響的問(wèn)題不容忽視[7]。因此，研究符合北極航線的高精度導(dǎo)航與定位方法具有現(xiàn)實(shí)意義。

在提高船舶定位和航向精度方面，范靜宏[8]設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的船舶定位導(dǎo)航和航跡預(yù)測(cè)方法，通過(guò)卡爾曼濾波算法建立對(duì)船舶定位導(dǎo)航和航跡預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，提高了船舶定位導(dǎo)航和航跡預(yù)測(cè)精度。田源等[9]分析研究了全組合系統(tǒng)的姿態(tài)解算，提出了一種對(duì)航向角進(jìn)行自適應(yīng)修正的全組合濾波算法，一定程度上削弱動(dòng)力學(xué)模型異常的影響，提高了航向精度。朱雙雙[10]設(shè)計(jì)了一種小型低功耗的電子羅盤，對(duì)GNSS航向精度進(jìn)行有效地補(bǔ)償，有效地改進(jìn)了航向角精度。

在船舶組合導(dǎo)航的研究方面，程遠(yuǎn)航[11]根據(jù)船舶組合導(dǎo)航姿態(tài)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得到該模型的誤差量，通過(guò)介紹硬件設(shè)計(jì)流程，對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理過(guò)程進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)DVL 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的功能。閻羨功[12]研究卡爾曼方法在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用策略基礎(chǔ)上，對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，使用拓展和優(yōu)化后的卡爾曼濾波降低了組合導(dǎo)航裝置的誤差。王鵬等[13]針對(duì)船舶在航行的過(guò)程中捷聯(lián)慣性導(dǎo)航SINS存在著誤差積累，GPS和北斗導(dǎo)航容易受環(huán)境干擾，無(wú)法滿足長(zhǎng)期高精度導(dǎo)航定位需要，提出了SINS/GPS/BD2/DVL 組合導(dǎo)航聯(lián)邦濾波算法，通過(guò)濾波器理論建立組合導(dǎo)航模型，提高了船舶定位精度。戴曉強(qiáng)等[14]在深入研究常規(guī)區(qū)間Kalman 濾波算法的基礎(chǔ)上，提出了一種多傳感器數(shù)據(jù)融合的改進(jìn)算法，將所有系統(tǒng)不確定性和觀測(cè)不確定性等效為系統(tǒng)噪聲和觀測(cè)噪聲的不確定性，簡(jiǎn)化了船舶組合導(dǎo)航系統(tǒng)模型，提高了船舶狀態(tài)估計(jì)精度，也提高了船舶在航行中的定位精度。

綜上所述，提高航向和定位精度的方法都是以單個(gè)航向和位置為基礎(chǔ)，采用修正的方法或者組合的方法加以提高精度，而且未涉及船舶航行在高緯度航區(qū)的定位和導(dǎo)航問(wèn)題研究。因此，為了保障航行于北極航線的船舶獲得高精度、高可靠性的導(dǎo)航，本文提出使用航海中的推算船位結(jié)合卡爾曼濾波的方法，針對(duì)不同的航行環(huán)境智能化選擇適用北極航線的導(dǎo)航設(shè)備組合來(lái)解決北極航線船舶的航向及定位問(wèn)題。研究結(jié)果可為航行于北極航線的商船提供一定的理論參考。

1 航跡推算模型

船舶航跡推算原理是利用船舶在航行中的航速、航向和前一時(shí)刻的船位來(lái)推算下一時(shí)刻的船位?，F(xiàn)有的航跡推算主要采用航跡計(jì)算法，包括中分緯度算法和墨卡托算法，是指根據(jù)起始點(diǎn)的經(jīng)緯度、航向、航程，運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)公式求得到達(dá)點(diǎn)的經(jīng)緯度。為提高中分緯度算法和墨卡托算法的計(jì)算精度，文獻(xiàn)[15]分別從中分緯度的幾何定義出發(fā)，以地球橢球體為數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出了改進(jìn)的中分緯度公式，并在此基礎(chǔ)上給出了改進(jìn)的中分緯度航跡推算模型；另外通過(guò)引入符號(hào)形式的子午線弧長(zhǎng)正反解公式，導(dǎo)出了適用于不同地球參考橢球的精確的墨卡托算法。

為了選擇適用于北極航道的航跡推算模型，作者選用“永盛”輪航行北極航道的相關(guān)數(shù)據(jù)，使用改進(jìn)的中分緯度算法和墨卡托算法分別推算2 h的船位，和“永盛”輪航行數(shù)據(jù)中的GPS 船位比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，在2 h的推算船位中，改進(jìn)的墨卡托算法與GPS船位差值的均值要略小于改進(jìn)的中分緯度算法與GPS 船位差值的均值，因此采用改進(jìn)的墨卡托算法更適合北極東北航道，見(jiàn)圖1。

2 模型參數(shù)的選擇

2.1 航向參數(shù)的選擇

羅經(jīng)作為提供航向的導(dǎo)航設(shè)備，根據(jù)工作原理的不同，可分為磁羅經(jīng)、陀螺羅經(jīng)、衛(wèi)星羅經(jīng)和光纖羅經(jīng)。

北極東北航道地理上靠近地磁北極附近，地磁水平分力較小，磁羅經(jīng)幾乎無(wú)法使用；陀螺羅經(jīng)隨著緯度的增加，指向力矩減小，誤差增大，也無(wú)法滿足船舶導(dǎo)航需求。

圖1 2種推算船位與GPS真實(shí)船位差值對(duì)比圖Fig.1 Comparison of the difference between two calculated ship positions and GPS real ship positions

而GPS 衛(wèi)星羅經(jīng)是通過(guò)2 臺(tái)GPS 接收機(jī)接收衛(wèi)星電波信息，提取衛(wèi)星的位置參數(shù)和偽距、相位參數(shù)，比較衛(wèi)星到2臺(tái)GPS接收機(jī)的距離差，解算出航向[16-17]；光纖羅經(jīng)是利用沒(méi)有轉(zhuǎn)子部件的光纖陀螺儀，通過(guò)薩格納克效應(yīng)來(lái)測(cè)量船舶運(yùn)動(dòng)角速度，加速計(jì)測(cè)量船舶運(yùn)動(dòng)加速度，通過(guò)航向解算算法解算出船舶航向，從指北原理來(lái)說(shuō)GPS 衛(wèi)星羅經(jīng)、光纖羅經(jīng)的航向與緯度無(wú)關(guān)[18-20]。

進(jìn)一步分析“永盛”輪穿越北極東北航道時(shí)陀螺羅經(jīng)與GPS衛(wèi)星羅經(jīng)、光纖羅經(jīng)與GPS衛(wèi)星羅經(jīng)的航向誤差數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2，可知陀螺羅經(jīng)在60°N以上開始出現(xiàn)誤差，且誤差在最高緯度處達(dá)到最大值8°；光纖羅經(jīng)與GPS 衛(wèi)星羅經(jīng)的誤差較小。與陀螺羅經(jīng)相比，GPS衛(wèi)星羅經(jīng)、光纖羅經(jīng)在高緯度仍然可以提供高精度航向，保障船舶安全航行。

圖2 “永盛輪”穿越北極東北航道的航向誤差Fig.2 Heading error of“Yongsheng ship”crossing the Northeast channel of the Arctic

針對(duì)磁羅經(jīng)、陀螺羅經(jīng)在高緯度下存在的問(wèn)題，本文研究發(fā)現(xiàn)GPS衛(wèi)星羅經(jīng)解算出船舶航向，與船舶所處經(jīng)緯度無(wú)關(guān)，只與GPS 接收的信號(hào)有關(guān)，但GPS在特定時(shí)期、特定水域易受到干擾，無(wú)法接收外界信號(hào)；而光纖羅經(jīng)使用光纖陀螺儀提供指向，可自主為船舶提供航向，因此，在衛(wèi)星信號(hào)正常時(shí)使用GPS 衛(wèi)星羅經(jīng)提供航向、在衛(wèi)星信號(hào)異常時(shí)使用光纖羅經(jīng)提供航向作為航跡推算模型中的航向參數(shù)使用，可在北極航線獲得短時(shí)間較高精度的推算船位。

2.2 船位參數(shù)的選擇

在航跡推算模型中，初始船位經(jīng)緯度坐標(biāo)的精度也是影響航跡推算船位的主要因素，通常是采用GPS 獲得初始船位的，GPS 的定位精度越高，航跡推算船位精度越高；同樣對(duì)于采用了卡爾曼濾波修正后的推算船位精度也就越高。

HDOP 是衛(wèi)星分布的空間幾何精度因子，可作為衡量GPS 定位精度的參數(shù)，一般衛(wèi)星分布越好，HDOP值越小，說(shuō)明船舶的GPS定位精度越高。通過(guò)分析“永盛”輪穿越北極東北航道的HDOP值，見(jiàn)圖3，可見(jiàn)船舶穿越北極東北航道的HDOP 值全程均小于3，說(shuō)明船舶的GPS定位精度處于理想狀態(tài)，可以穩(wěn)定地為北極東北航道航行的船舶提供定位保障，滿足船舶安全航行北極東北航道的需要。目前船舶多采用單頻GPS提供航向，但單頻GPS正常工作時(shí)，定位精度為15 m，要想進(jìn)一步提高GPS 定位精度，可采用雙頻GPS定位保障船舶航行。

圖3 “永盛”輪穿越北極東北航道的HDOP值Fig.3 HDOP value of“Yongsheng”ship crossing the Arctic northeast channel

2.2.1 雙頻GPS定位

目前，商船采用單頻GPS 進(jìn)行定位，但單頻GPS 定位會(huì)產(chǎn)生電離層折射誤差，影響定位精度。而雙頻GPS可以有效消減電離層折射誤差，故本研究采用雙頻GPS定位。

為了驗(yàn)證雙頻GPS的定位精度，本文對(duì)支持雙頻GPS 的GNSS 三星主機(jī)M300C 接收機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行了采樣實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)HDOP（水平精度因子）值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4，HDOP 值在0.6～0.7 之間，對(duì)應(yīng)GPS定位精度在3～3.5 m之間，驗(yàn)證了雙頻GPS比單頻GPS精度高，可以更好地滿足船舶航行北極東北航道定位需求。

圖4 雙頻GPS樣機(jī)HDOP值Fig.4 HDOP value of dual frequency GPS prototype

2.2.2 自動(dòng)雷達(dá)定位技術(shù)

當(dāng)GPS工作受限時(shí)，本文提出采用自動(dòng)雷達(dá)定位技術(shù)，代替GPS 獲得實(shí)測(cè)船位，以提高航跡推算船位的可靠性。

在商船上，駕駛員常用的雷達(dá)定位方法有單物標(biāo)距離方位定位、雙物標(biāo)距離定位以及三物標(biāo)距離定位等，且定位精度順序由低到高。但考慮到北極航道航行環(huán)境，三物標(biāo)定位難以實(shí)現(xiàn)，故本文選擇雙物標(biāo)距離定位方式的自動(dòng)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行研究。

自動(dòng)雷達(dá)定位技術(shù)是在傳統(tǒng)的人工雷達(dá)定位的基礎(chǔ)上，應(yīng)用雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤功能，自動(dòng)采集參考目標(biāo)到船舶的距離、方位數(shù)據(jù)，借助船位解析模型確定船舶船位的技術(shù)。雙物標(biāo)雷達(dá)定位具體方法如下。

已知參考物標(biāo)A 的經(jīng)緯度為( λA，φA) ，參考物標(biāo)B 的經(jīng)緯度為( λB，φB)，在雷達(dá)上測(cè)得物標(biāo)A 相對(duì)本船的距離為R1，物標(biāo)B相對(duì)本船的距離為R2，以A 點(diǎn)為圓心，R1為半徑作圓1；以B 點(diǎn)為圓心，R2為半徑作圓2，2 個(gè)圓的交點(diǎn)離推算船位近的1 個(gè)即為本船船位，見(jiàn)圖5。

設(shè)物標(biāo)A，B 的真方位分別為theta1，theta2，可以利用其與q1，q2之間的關(guān)系進(jìn)行三角函數(shù)的轉(zhuǎn)換，見(jiàn)圖6。

相關(guān)解算見(jiàn)式（1）。

圖5 雙物標(biāo)距離定位原理圖Fig.5 Principle diagram of double target radar location

圖6 雙物標(biāo)定位位置解算示意圖Fig.6 Schematic diagram of double target location solution

其中DY，DX分別為沿經(jīng)、緯圈上1°所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。

將式（1）兩邊分別平方之后再相加，最后化簡(jiǎn)可得出cos( )theta2-theta1為

令

可求出theta 為

將式（3）代入式（1）化簡(jiǎn)可得，sin( theta1) 為

由此可反解出theta1的值。

即可解得雙物標(biāo)定位推算船位為

為驗(yàn)證雙物標(biāo)距離定位精度，圖7將不同量程下雷達(dá)雙物標(biāo)距離定位的精度繪出，并與單物標(biāo)定位精度進(jìn)行了比較。研究表明：選擇6 nm以內(nèi)的目標(biāo)定位，定位精度可以達(dá)到50 m以內(nèi)；物標(biāo)在9 n mile以內(nèi)，雙物標(biāo)距離定位精度與單物標(biāo)定位精度相當(dāng)；而當(dāng)物標(biāo)取在距離本船9 n mile以外，則雙物標(biāo)距離定位的精度高于單物標(biāo)距離方位定位的精度。

圖7 單物標(biāo)與雙物定位標(biāo)誤差對(duì)比圖Fig.7 Error comparison chart of single object and double object positioning mark

自動(dòng)雷達(dá)定位技術(shù)是選定參考物標(biāo)并通過(guò)雷達(dá)捕捉使其成為跟蹤目標(biāo)TT，在輸入?yún)⒖嘉飿?biāo)的經(jīng)緯度之后，利用本文研究的船位解算程序可以自動(dòng)輸出船舶的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)雷達(dá)定位，在GPS 受限時(shí)可為船舶提供替代定位服務(wù)，進(jìn)一步滿足了船舶定位對(duì)可靠性的要求。

針對(duì)GPS在特定時(shí)間、特定水域受限的情形，本文提出在GPS正常時(shí)采用雙頻GPS定位，在GPS異常時(shí)采用自動(dòng)雷達(dá)定位技術(shù)，為船舶提供定位服務(wù)。

3 推算船位的精度修正

3.1 航跡推算模型精度

使用航跡推算船位模型，模擬船舶航行北極東北航道2 h，且前一次的推算船位作為下一次推算的起點(diǎn)，推算新的船位，和GPS船位對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，二者的差值隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸累計(jì)增大，見(jiàn)圖8，無(wú)法滿足船舶航行北極東北航道的高精度定位要求。為提高推算船位的定位精度，必須對(duì)每次推算后的船位進(jìn)行修正消除誤差，作者引入卡爾曼濾波對(duì)推算船位進(jìn)行修正。

3.2 α-β 卡爾曼濾波模型

卡爾曼濾波是一種在線性環(huán)境下，利用前1 個(gè)時(shí)刻的估計(jì)值和當(dāng)前時(shí)刻的觀測(cè)值，以估計(jì)誤差最小為準(zhǔn)則不斷遞歸，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)的數(shù)據(jù)處理算法，可以對(duì)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，具有良好的誤差糾正能力。在航跡推算模型中，由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)存在隨機(jī)誤差，引入α，β 系數(shù)，可以調(diào)高推算模型的精度。

圖8 推算船位與GPS船位之差Fig.8 Difference between the estimated shipping position and GPS shipping position

直角坐標(biāo)系中α-β 卡爾曼濾波模型如下。

X方向上濾波處理

Y方向上濾波處理

其中，Scx( k )，Scy( k )是X，Y方向上第k 時(shí)刻的濾波向量，Smx( k )，Smy( k )是X，Y 方向上第k 時(shí)刻的實(shí)測(cè)向量，Spx( k )，Spy( k )是X，Y方向上第k 時(shí)刻的預(yù)測(cè)向量，α，β 是卡爾曼濾波模型的參數(shù)，X，Y方向分別對(duì)應(yīng)航跡推算模型中經(jīng)度、緯度的方向。

在航跡推算過(guò)程中，推算到達(dá)點(diǎn)P 的位置與實(shí)際船位存在一定的誤差，而且會(huì)隨著推算次數(shù)的增加誤差會(huì)累積增大，引入α-β 卡爾曼濾波算法，對(duì)一定時(shí)刻后航跡推算模型得出的船位P與船舶實(shí)測(cè)航行船位M進(jìn)行卡爾曼濾波修正得到濾波船位C輸出，再以C 點(diǎn)為初始船位使用航跡推算模型推出新的推算船位P1，利用GPS或者自動(dòng)雷達(dá)定位測(cè)出實(shí)測(cè)船位M1，對(duì)P1 進(jìn)行卡爾曼濾波修正得到濾波船位C1 輸出，以此類推可以持續(xù)為船舶提供高精度、高可靠性的船位，在船位推算過(guò)程中即使暫時(shí)無(wú)法獲得GPS或者雷達(dá)提供的實(shí)測(cè)船位，也可以在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)推算船位，推算誤差會(huì)逐漸增大，直至GPS或者雷達(dá)恢復(fù)正常提供實(shí)測(cè)船位修正為止。

3.3 推算船位修正后的精度

為了定量地分析航跡推算模型中融合基于GPS的卡爾曼濾波測(cè)試效果，將平滑船位與GPS船位的距離差，推算船位與GPS船位的距離差分別計(jì)算并繪制成圖9。

圖9 推算船位、平滑船位與GPS實(shí)測(cè)船位的差值Fig.9 Difference between calculated ship position，smooth ship position and GPS measured ship position

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用前述的航跡推算模型推算出來(lái)的船位，與GPS 實(shí)測(cè)船位差值，其均差在4.5 m 左右；而平滑船位與GPS 實(shí)測(cè)船位的差值很小，均差在1.5 m左右，其濾波校正后的推算船位精度取決于GPS 的定位精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明卡爾曼濾波修正后的推算船位與GPS船位很接近，能夠滿足船舶安全航行北極東北航道的精度需求，使得整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)具有了較高的定位與導(dǎo)航精度。

與基于GPS的卡爾曼濾波同理，采用基于自動(dòng)雷達(dá)定位的卡爾曼濾波的方式對(duì)航跡推算模型中推算船位進(jìn)行誤差補(bǔ)償，最后得到的平滑船位，通過(guò)分析保存的推算船位、平滑船位和雷達(dá)定位船位數(shù)據(jù)，可計(jì)算平滑船位與雷達(dá)定位船位的距離差，推算船位與雷達(dá)定位船位的距離差，見(jiàn)圖10。

圖10 推算船位、平滑船位與雷達(dá)定位船位的差值Fig.10 Difference between ship position and smooth ship position and radar positioning ship position

平滑船位與雷達(dá)定位船位的距離差，要小于推算船位與雷達(dá)定位船位的距離差，其校正后的推算船位精度取決于自動(dòng)雷達(dá)定位精度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明卡爾曼濾波修正后的推算船位與雷達(dá)定位船位很接近，在應(yīng)急狀態(tài)下基本滿足船舶航跡推算2 h內(nèi)50 m的精度要求。

4 組合導(dǎo)航方案的自動(dòng)選擇

基于航跡推算模型和卡爾曼濾波對(duì)船舶組合導(dǎo)航進(jìn)行了研究。根據(jù)不同的場(chǎng)景，采取不同的參數(shù)設(shè)備，可以構(gòu)成不同的組合導(dǎo)航模式。在實(shí)際使用過(guò)程中，依據(jù)一些條件的判斷可以實(shí)現(xiàn)智能化地選擇導(dǎo)航的組合方式，以達(dá)到全航程輸出最佳船位的目的。在普通航道航行時(shí)可以使用陀螺羅經(jīng)提供航向，計(jì)程儀提供速度，GPS提供船舶位置。在極地航行時(shí)（緯度大于60°N）由于陀螺羅經(jīng)指向精度下降導(dǎo)致航向誤差增大，此時(shí)船舶智能化選擇使用GPS衛(wèi)星羅經(jīng)和光纖羅經(jīng)為船舶提供航向支持。在GPS正常工作時(shí)，由GPS 衛(wèi)星羅經(jīng)接收外界信號(hào)，為船舶導(dǎo)航提供航向支持；船用計(jì)程儀為船舶導(dǎo)航提供航速參數(shù)；雙頻GPS接收外界信號(hào)提供船舶航行中的實(shí)測(cè)船位經(jīng)緯度。將初始船位與航向、航速帶入航跡推算模型，可以計(jì)算出下一時(shí)刻的推算船位經(jīng)緯度，采用卡爾曼濾波算法對(duì)實(shí)測(cè)船位和推算船位的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行修正，得到濾波船位，在濾波船位的基礎(chǔ)上，推算下一次船位，可以得出高精確的船位推算結(jié)果。

在GPS工作異常時(shí)，由光纖羅經(jīng)為船舶提供航向支持，計(jì)程儀提供航速參數(shù)，船舶實(shí)測(cè)船位由自動(dòng)雷達(dá)定位技術(shù)提供。將實(shí)測(cè)船位與上述航向、航速帶入航跡推算模型，就可以得出下一時(shí)刻的推算船位經(jīng)緯度，同樣采用卡爾曼濾波算法對(duì)實(shí)測(cè)船位、推算船位的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行修正得到濾波船位，并不斷推算，最后可得出高精確的船位推算結(jié)果，船舶組合導(dǎo)航方案見(jiàn)圖11。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于北極航道航行的船舶組合導(dǎo)航方法，建立了面向北極航道的航跡推算模型，采用卡爾曼濾波方法修正航跡推算船位誤差。通過(guò)對(duì)不同航行環(huán)境的判斷，遴選出適應(yīng)北極航道環(huán)境的導(dǎo)航設(shè)備，設(shè)計(jì)了適用于北極航道的船舶組合導(dǎo)航方案，并用分離式方法驗(yàn)證了該方案。研究結(jié)果表明，船舶智能組合導(dǎo)航方案可為航行于北極航道船舶提供高精度、高可靠性的導(dǎo)航方法來(lái)保障船舶航行安全，為主管機(jī)關(guān)配備、管理、調(diào)控北極東北航道船舶的導(dǎo)航設(shè)備提供技術(shù)支撐，在未來(lái)的研究中，可通過(guò)實(shí)船集成式驗(yàn)證北極航道組合導(dǎo)航方案的可行性。

圖11 船舶組合導(dǎo)航方案Fig.11 Ship integrated navigation scheme