船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究.pdf

1、隨著人們對(duì)海洋開(kāi)發(fā)和探索的范圍逐漸擴(kuò)大，對(duì)于海上作業(yè)的船舶而言，動(dòng)力定位控制系統(tǒng)已成為船舶的核心裝備之一。船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)具有多種位置參考系統(tǒng)和傳感器以獲得船舶狀態(tài)及海況環(huán)境信息，這就必須對(duì)這些測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而提高數(shù)據(jù)的精確度和可靠性以及系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。本文將新興的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)分布式數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)與目前船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中常用的集中式總線數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)相結(jié)合，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)融合方

2、法的研究。
　　 首先針對(duì)船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中面向監(jiān)測(cè)功能的數(shù)據(jù)融合特點(diǎn)，采用基于傳感器節(jié)點(diǎn)之間協(xié)作感知的方法，通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)性分析，確定動(dòng)態(tài)組簇方式;提出了基于移動(dòng)代理和蟻群遍歷相結(jié)合的簇內(nèi)數(shù)據(jù)融合優(yōu)化方法，并且研究了分簇結(jié)構(gòu)中基于模糊自適應(yīng)卡爾曼濾波的異類(lèi)多傳感器融合方法。
　　 然后針對(duì)船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中面向控制決策功能的數(shù)據(jù)融合特點(diǎn)，充分利用FPGA并行運(yùn)算的硬件資源優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了基于脈動(dòng)陣列結(jié)

3、構(gòu)的融合模型，使得BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這樣的復(fù)雜預(yù)測(cè)算法能夠在WSN網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn);而且提出了基于不相交集合(DJC)的支持向量機(jī)(SVM)預(yù)測(cè)融合方法，這種模型有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是利用強(qiáng)匯聚節(jié)點(diǎn)中基于脈動(dòng)陣列的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合方法實(shí)時(shí)優(yōu)化支持向量機(jī)模型，克服訓(xùn)練速度慢、易陷入局部最優(yōu)、過(guò)學(xué)習(xí)問(wèn)題，保證預(yù)測(cè)精度;二是將匯聚節(jié)點(diǎn)的支持向量機(jī)預(yù)測(cè)計(jì)算功能分散到各DJC匯聚節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行，各DJC匯聚節(jié)點(diǎn)可以選擇性將數(shù)據(jù)上傳，這樣不僅減輕了匯聚節(jié)點(diǎn)的

4、計(jì)算負(fù)擔(dān)，而且可有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的優(yōu)化控制算法。
　　 最后研究了WSN數(shù)據(jù)融合方法在船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式融合功能模型和結(jié)構(gòu)模型，研究了模糊自適應(yīng)卡爾曼濾波算法在船舶狀態(tài)估計(jì)融合中的應(yīng)用，利用基于DJC模型的支持向量機(jī)預(yù)測(cè)算法解決船舶動(dòng)力定位MPC控制中二次型最優(yōu)性能指標(biāo)的求解問(wèn)題，得到最優(yōu)控制推力。針對(duì)船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中面向網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的數(shù)據(jù)融合特點(diǎn)，基于經(jīng)典的分簇路由協(xié)議，提出了基于剩余能量和

5、休眠調(diào)度機(jī)制的數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)，無(wú)論是普通傳感器節(jié)點(diǎn)還是匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)融合方法都是建立在合理可靠的數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方式基礎(chǔ)上的，這樣不僅增強(qiáng)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)避免擁塞的能力，而且提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
　　 總的來(lái)說(shuō)，本文主要圍繞船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從數(shù)據(jù)級(jí)、特征級(jí)、決策級(jí)各個(gè)層面進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究。其研究成果將很大程度地提高船舶動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和可靠性以及預(yù)測(cè)控制的準(zhǔn)確性