基于AIS的船舶无线自动定位的新理论与关键技术

This project is aimed at the urgent performance demand that the International Maritime Organization (IMO) will force the use of land-based positioning system for the coastal navigation safety, to put forward a new type of land-based radio positioning system, to research on its new positioning theory and capture its key technology, that is, the new theory and key technology of using the shore stations of existing ship automatic identification system (AIS) to do the radio positioning (AIS is the essence of communication system). Under the harsh conditions that AIS communication function should not be affected, the shore stations as the positioning reference points do not have the best geometric structure and positioning signal is of different frequency carrier, to put forward and study a new positioning theory with more geometric parameters and the least reference points, the aperiodic tracking theory of the positioning information, the holographic correlation detecting mechanism of complex modulation signal measurement and the tracking bandwidth upper bound theory of holographic high speed lock loop; To break through the key technology of real-time additional secondary phase correction in VHF band; To develop the verification platform with multi-functions of communication and positioning and the monitoring platform for real-time additional secondary phase correction; To present to IMO the new technical proposal for the land-based positioning system with Chinese independent intellectual property rights. So this project lays the technical foundation of establishing a new type of land-based radio positioning system for our country and the world and achieves the internationalization of talent to play an important role in the ship navigation technology field.

本项目针对国际海事组织IMO为了沿海船舶航行安全将要强制使用陆基定位系统的迫切履约需求，提出一种新型陆基船舶无线电定位系统，研究相应的定位新理论并攻克其核心关键技术，即利用已有的船舶自动识别系统（其本质是通信系统）AIS岸站进行无线自动定位的新理论和关键技术。在保持AIS通信功能不受影响、其岸站作为定位参考点不具备最佳几何结构和定位信号非同频载波的苛刻条件下，提出和研究多几何参量最少参考点的定位新理论和定位信息的非周期跟踪理论，复杂调制信号载波测量的全息相关检测机理和全息高速锁项环跟踪带宽上界理论，突破VHF频段实时二次相位修正的关键技术。研制通信与定位多功能验证平台和实时二次相位修正监测平台。向IMO提出具有中国自主知识产权的新的陆基定位系统的技术建议，为国家乃至世界建立新型陆基无线电定位系统奠定技术基础，培养在国际船舶导航技术领域发挥重要作用的国际化人才。

本项目针对国际海事组织（IMO）倡导海上通信导航领域积极研究GNSS的备用系统—陆基定位系统，未来天基/陆基双备份系统的履约需求，提出了一种基于船舶自动识别系统（AIS）的船舶无线自动定位新理论和新技术，解决了其中的核心科学问题。在保持AIS通信功能不受影响、在该通信系统不具备标准定位参考点和定位信号的苛刻条件下，对多几何参量最少参考点的定位新理论、定位信息的非周期跟踪理论，AIS信号VHF频段实时二次相位修正关键技术与实时修正平台研制、以及复杂调制信号非同频载波全息相关检测关键技术等四个方面进行了深入地研究，提出了基于辅助传感器的最少参考点的定位方法、AIS信号时隙载波协同感知非周期跟踪方法、AIS信号的二次相位因子预测算法、非同频载波时间标记全息检测估计方法等阶段性创新理论研究成果；研制了通信、定位双功能的AIS测试样机，研制了基于AIS的船舶无线自动定位验证平台。在大连星海海域进行了实船海上试验，在利用自主研制的VHF频段二次相位实时修正平台进行实时修正的条件下，利用连续运行参考站（CORS）为定位精度参考，在几何精度因子小于1.5的区域定位精度优于10米（2σ）。现有AIS是船舶履约必配的通信系统，利用该系统实现定位，则船舶不必安装新设备就能满足陆基定位功能，无需增加任何系统建设和维护费用，是最经济的陆基定位导航系统。在本项目研究成果的基础上，可向IMO提出技术建议案，将具有国际竞争力，为建设海事强国建设做出贡献。在IEEE Transactions等国际国内期刊和本领域重要的国际会议上发表论文36篇，其中SCI检索16篇，EI检索15篇；授权国家发明专利17项，申请公开了国家发明专利4项；出版国家标准1项；获辽宁省技术发明一等奖1项；代表中国参与IMO等国际组织技术会议并撰写相关信息文件和技术提案5项，培养国际化人才3名；培养博士/硕士研究生32名。