关于AIS与雷达数据融合技术的研究

康隽永 孙文杰

摘 要 雷达技术与AIS技术是船只航行中的重要导航技术，二者之间具有一定的差异性，在数据采集上也各有侧重。本文先是简单介绍了雷达与AIS技术，接下来分析了数据融合技术，最后简单阐述了雷达与AIS数据融合的系统设计方案。

关键词 雷达;AIS数据;融合技术

前言

对着生活水平的不断提高，船只在我们生活中的作用也越来越明显，雷达与AIS技术是船只航行的重要导航方式，二者各有优势也皆有不足，在一定程度上这两种技术是互补的，所有为了提高船只探测数据的精确性，提高航行的安全性，将这两种技术进行融合，是一种非常有效的手段。

1雷达与AIS

1.1 雷达导航原理

雷达是水上导航的重要设备，船只通过雷达可以有效定位水下的障碍物，区分水下的运动物体以及固定物体，掌握障碍物的形状以及大小，对障碍物进行精准的定位以及躲避，保证水上航行的安全。雷达定位的主要方式就是通过电磁波，使用天线对外发射电磁波，当前方存在障碍物时会将电磁波反射回来，这些反射回来的电磁波会被天线接收到，通过对发出接收到电磁波的时间，反射回来的角度等信息进行分析计算，就可以探测到前方障碍物的位置，当不间断的发射与接收电磁波时就可以有效的探测船只航线，了解目标的形状以及尺寸等信息。雷达在船只海上航行时测量的距离非常远，且使用时基本不受天气的影响，在船只上使用的十分广泛，但是雷达也有其缺陷，首先雷达在使用时不能绕过障碍物测量，同时电磁波信号很容易受到磁场以及雷电等特殊天气的影响，具有一定的局限性[1]。

1.2 船用自动识别系统AIS

AIS是船只自动识别系统，可以给船只提供導航定位，在航行中提供航速、航向以及与船舶航行有关的各种信息，这种技术更适合交通水域的动态指引，可以在屏幕上及时的现时各种信息，及时获取其他船只的信息，也可以有效的监控气象以及水文等外部环境信息，这对于船只航行时的全局掌握力有着很大的提高，也可以有效地对船只的轨迹进行预测以及安排，是形成更加顺利。但是与雷达系统相比，AIS的局限性是显而易见的，首先小型船只是不具备AIS系统的，这就给船只的航行带来了一些隐患，同时这种技术的信号传播具有一定的延迟性，也很容易受到各种意外因素的干扰，所以AIS技术虽然对船只的帮助更大，雷达系统也不不可取代的。

1.3 雷达和AIS结合的必要性

雷达和AIS是船只航行中两种最重要的辅助装备，二者之间的功能各有侧重，而且功能之间也可以进行互补，将二者进行结合可以让船只具有更强的探测能力，更稳定的航行性能以及更大的测量精度，可以说将二者进行结合可以使船只的探测性能有一个飞跃式的提升。像在雨雪天气或者是海浪较大对于雷达造成影响时，就可以使用AIS系统来获取船舶的动态和静态信息，弥补雷达精度的不足，而当未安装AIS的小型船只靠近时，雷达也可以做出有效的警告。实际上雷达的数据探测性能十分强大，远远高于被动接收信息的AIS系统，但是其显示功能与动静态信息预测功能又远逊于AIS系统，所以将二者进行结合是十分必要的。

2数据融合技术

数据融合不是单纯地将接收到的数据进行整合，这是一种非常复杂的技术，综合了信号处理、数据统计以及自动检测数据建模等多种技术，在进行数据融合时首先需要把多个传感器接收的数据进行处理，对数据进行筛选以及整合，更加准确的计算出待处理的参数。对于不同数据接收器来说，接收到的数据是存在差异的，在进行不同源的数据处理时，需要先处理数据空间上的冗余，采用组合算法对数据进行处理后可以有效提高数据的精度，特别是不同数据源之间的数据互补时在精度上的提升是十分明显的[2]。

3雷达与AIS数据融合系统设计

AIS技术与雷达技术的优缺点决定着二者之间的数据是可以互补的，在单一技术很难保证数据质量的前提下，将二者结合就是提高数据精度的有效方式。

3.1 系统体系结构设计

雷达与AIS技术都是能够获取多个方位数据信息的技术，二者采用的获取信息的方式还具有差异性，所以为了将二者探测到的数据进行融合处理，首先就需要将二者获取的数据转化为相同的格式，即将二者获取的数据转换到同一坐标系上进行整合，这也是将数据进行融合的前提。同时也要将二者获取的数据进行时间上的整合，保证接收到的数据是两个系统在同一时间获取的，这样在进行数据整合处理时才能够有效的提升数据的精确性，提升船只获取数据的整体性能。

3.2 时空配准

为了保证将雷达与AIS技术获取的数据在进行有效整合，保证二者获取数据的时间在一个点上是非常重要的，而二者获取数据的时间长度是不同的，这就需要采用一定的方式将二者的数据统一到同一时间长度上，可以采用最小二乘法的方式将二者的时间长度进行统一。同时在保证时间统一的同时，也要保证二者接收的数据能够在同一个数学坐标系上进行处理，可以使用高斯—克吕格投影法将AIS的经纬度信息统一变换到直角坐标系中，坐标原点定义为航迹的实时位置。

3.3 航迹相关

雷达与AIS技术在测量数据对运动目标的数据追踪上也是存在差异的，为了判断二者测量的数据是否为同一个目标，判断二者测量航迹的性惯性是一种有效的方式。所以在二者获得一个物体的数据后，需要分别对其进行计算分析得到探测到的目标轨迹，将这两个测算出的数据整合到一个坐标系中计算器相关性，确定是否为同一目标。

3.4 点迹合并

无论是雷达数据还是AIS数据都是存在误差的，所以在整合两种数据时才能够提高数据的精度，所以在确定二者探测的数据是同一目标时就可以对两者测算的轨迹进行合并，提高数据的精度。当然，在进行点迹合并时也需要对数据进行处理，根据二者之间的差异性给予不同的加权值，再使用稳态卡尔曼滤波，进一步消除了噪声和算法引进的误差，提高数据的精确性。

4结束语

综上所述，将雷达与AIS技术进行数据融合是可行的，在数据整合时对于船只数据采集的精度是有着较大提升的，对于数据采集的稳定性也是有帮助的，这对于船舶的发展是有着很大的帮助的，也是未来船舶导航的新方向。

参考文献

[1] 苑靖国，张海奉.船用导航雷达和AIS综合应用的优势与局限[J].科技创新与应用，2012（2）：12.

[2] 王晨熙，王晓博，朱靖，等.雷达与AIS信息融合综述[J].指挥控制与仿真，2009，31（2）：1-4.