论文总字数：21651字

摘 要

随着全球贸易的进行和海上交通的发展，人们对海上精准定位的要求也越来越高，GPS很好的解决了精准定位的需求，但在海上长时间远离陆地航行的环境下，单一的定位方式是极其危险的，如果GPS无法提供正确的船舶位置，船舶可能进入危险航区，甚至在大海中迷失。为此提供一种快速、精准、可靠的备用海上定位方式是必要的。

船舶航迹计算是船舶海上定位的基本手段，但是传统的航迹推算方式依靠人工完成，在长距离推算船位过程中存在工作量大、误差大、效率低下的缺点，因此研究一种利用计算机自动进行航迹推算的方法具有一定的应用价值。

论文提出了以航迹推算模型为基础，通过计算机模拟计算的方式输出精确的推算船位，并分析了航迹推算的精度，为了解决推算累积误差的问题，提出了对推算船位进行卡尔曼滤波的方法。研究成果用于海上航行中与GPS结合使用，并在GPS无法定位时提供较为精确的临时船位。具体研究成果如下：

1. 采样人工计算推算船位的方法，对比各种航迹计算模型计算结果的精度，分析其中的不同，为人工计算推算船位提供依据。
2. 通过编程的方法，进行航迹推算的计算机模拟，验证计算机计算推算船位的可行性及选择合适的推算模型。
3. 采用卡尔曼滤波的方法对推算船位进行了校正。

关键词：航迹计算，计算机模拟

Abstract

With the development of Global trade and maritime transportation, people's requirements for precise positioning are getting higher and higher. GPS has well solved the needs of precise positioning. However, in the environment of long-term sea voyage away from land, a single positioning method is extremely dangerous. If GPS fails to provide the correct ship position, the ship may enter the dangerous navigation area, or even be lost in the sea Loss. Therefore, it is necessary to provide a fast, accurate and reliable standby marine positioning method.

The calculation of ship's track is the basic means of ship's positioning on the sea. But the traditional way of calculating the ship's track depends on the manual work. In the process of long-distance calculating the ship's position, there are many disadvantages, such as heavy workload, large error and low efficiency. Therefore, the Research on a method of automatic calculating the ship's track by computer has certain application value.

Based on the model of dead reckoning, the paper puts forward a method of Kalman filter for dead reckoning ship position, which outputs accurate dead reckoning ship position by means of computer simulation, and analyzes the precision of dead reckoning. In order to solve the problem of accumulated dead reckoning error, the paper puts forward a method of Kalman filter for dead reckoning ship position. The research results are used in combination with GPS in sea navigation, and provide more accurate ship position when GPS is unable to locate. The specific research results are as follows:

1. Compare various track calculation methods and summarize their differences, and then get a track calculation method suitable for high accuracy at sea.

2. Computer simulation of track calculation is carried out by programming method to verify the feasibility of computer calculation of ship position.

3. Kalman filter is used to correct the calculated ship position.

Key words: track calculation, computer simulation

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 航迹计算方法 1

1.2.2 船舶定位方法 1

1.3 研究目的及意义 2

1.3.1 研究目的 2

1.3.2 研究意义 2

1.4 研究内容及技术路线 3

1.5 本章小结 4

第二章 船舶航迹推算模型 5

2.1 航迹推算方法 5

2.1.1 墨卡托计算法 5

2.1.2 中分纬度计算法 5

2.2 航迹推算模型 5

2.3 航迹推算实例 7

2.4 航迹推算的迭代计算方法 8

2.4.1 纬度误差分析 8

2.4.2 经度误差分析 10

2.4.3 船位误差分析 11

2.5 本章小结 11

第三章 航迹推算的计算机模拟方法 13

3.1 航迹推算的计算机程序 13

3.2 航迹推算的计算机模拟 14

3.3 航迹推算船位的精度分析 16

3.3.1 纬度误差分析 16

3.3.2 经度误差分析 17

3.3.3 船位误差分析 19

3.4 本章小结 19

第四章 航迹推算船位的卡尔曼滤波 21

4.1 卡尔曼滤波方法 21

4.2 推算船位的卡尔曼滤波 21

4.3 基于卡尔曼滤波的航迹推算船位的精度分析 22

4.3.1 纬度误差分析 22

4.3.2 经度误差分析 23

4.3.3 船位误差分析 25

4.4 本章小结 26

第五章 总结与展望 27

5.1 总结与结论 27

5.2 展望 27

致 谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1 研究背景

航迹计算早已普及，海上航行也一直在使用着，但却由于其计算的复杂，人员计算的速度慢以及误差难以达到一个海上航行的标准的原因，且在GPS出现后其优秀的表现使得人们也逐渐的减少了航迹计算的使用，多以航迹绘算为主。然而，在实际航行中，仅仅有GPS一种海上精准定位方法已经难以满足海上航行的安全需要，尤其是跨洋航行等难以向陆地求援的长距离航行。为此，本文提出一种不需要借助外界信息，在船舶内部信息的支持下，以航迹计算的方法，提供较为精确船位的算法。

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