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1、 本科毕业设计（论文）AIS、GPS与雷达的综合应用研究 Comprehensive application of the AIS, GPS and radar学 院 海运学院 专 业 航海技术 班 级 08航海 学 号 084120129 学生姓名 吴光盛 指导教师 张 建 完成日期 2012年04月24日 宁波大学海运学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文AIS、GPS与雷达的综合应用研究的主体均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担并愿接受校方的处分。 承诺人（签名）：吴光盛 2012年 04月 24
2、 日目录1 引言11.1 研究的背景11.2 研究的目的11.3 研究的意义12 各仪器现状22.1 GPS的现状22.2 雷达的现状32.3 AIS的现状33 相互关系以及各自的特点和优势43.1 GPS的特点及优势43.2 AIS的特点及优势53.3 雷达的特点及优势53.4 GPS、AIS与雷达之间的关系54 局限性与综合应用中的问题64.1 AIS、GPS与雷达各自的局限性64.1.1 GPS的局限性64.1.2 雷达的局限性74.1.3 AIS的局限性84.2 AIS与GPS综合应用中存在的问题84.3 AIS与雷达综合应用中存在的问题85 解决办法及建议85.1 解决办法85.1.
3、1 AIS与雷达APRA优势互补95.1.2 雷达APRA与GPS优势互补105.1.3 AIS与ECDIS优势互补105.2 建议116 结束语11参考文献11致谢13AIS、GPS与雷达的综合应用研究摘要【摘要】AIS、GPS与雷达是现代船舶导航不可或缺的导航仪器，在船舶特别是远洋船舶航行中发挥了重要的作用。本文阐述了课题的研究背景和研究的目的和意义，分析说明了AIS、GPS与雷达的现状以及发展前景，GPS、AIS与雷达相互之间的关系，以及AIS与APAR雷达各自的特点和优势，分析了AIS与GPS综合应用、AIS与APRA雷达综合应用中存在的问题以及各自的局限性，并针对存在的问题提出解决的
4、办法及建议。【关键词】AIS；GPS；雷达；互补Comprehensive application of the AIS, GPS and radarAbstract 【ABSTRACT】AIS, GPS and the radar are the indispensable navigational instruments of modern ships , especially in the ocean vessel navigation which has played the vital role . This article elaborated the topic research
5、 backgrounds and the research goals and the significance. Analysis AIS, GPS and radars present situation and the prospects .The relationship among AIS, GPS and radar as well as the respective characteristics and advantages of AIS and APRA .Besides analysis the problems of comprehensive application o
6、f the AIS and GPS,AIS and APRA radar as well as the respective limitation. Against the existing problems put forward solutions and some suggestions.【KEYWORDS】AIS；GPS；Radar；complementary1 引言1.1 研究的背景如今国际航运市场蓬勃发展，船舶数量增长迅速，船舶吨位也在不断增长，船舶的速度以及通航密度的不断扩大，尽管船舶配备的助航设备更加齐全更加先进，但船舶事故仍然时有发生，船员及旅客的人身安全仍然得不到有效的保障
7、。船舶漏油事故屡禁不止，海洋环境同时也遭受极大地挑战。作为船舶避碰和交管信息主要来源，雷达的作用是不可替代的。但雷达存在盲区，经常受到雨雪、海浪以及其他雷达设备的干扰，难以进行有效的检测和目标的跟踪。雷达的目标信息量和对目标的分辨能力有限。雷达回波并不能真实反应目标实际的尺寸，存在假回波，雷达跟踪的目标数据有处理延时，在以往的海事碰撞事故中，由于使用雷达提供的不足不完整或不明确的信息而引发的案例时有发生。VHF在实践中存在通话质量低，特别是在船舶避碰通信中。港口VTS在船舶交通管理中发挥了巨大的作用，在VTS管理水域，控制中心通过VHF通信获取船舶的信息并在雷达上识别后，再用人工方式将船舶信息
8、输入VTS监控系统，这样就可以实现对船舶的监控管理。但是这种传统的监控系统它需要船方的配合合作，工作的强度相当大，而且由于人为因素的原因，容易出现失误，在盲区出现的地方对目标有时不能够进行有效的跟踪。并且在该水域的船舶也很难全面地及时地了解周围水域的船舶航行情况。甚至在VTS的管辖水域，交通事故仍有发生。AIS在此种情况下应运而生，它能够多路、快速、高精度地处理航海信息，与基站进行数据交换，帮助使用者全面掌握交通信息，有效的避免船舶的碰撞，保障航信安全。正确的综合应用现有的导航设备，为船舶在海上的航行提供更好的保障，使船舶航行更安全、更规范。1.2 研究的目的AIS、GPS和雷达均存在它的局限
9、性，单独使用均不能满足船舶在航行中的安全需求，也难以满足各航运规则的要求。为了能够更好地使用这些助航仪器来为船舶进行导航服务，保证船舶在水域中的安全，我们必须充分考虑利用AIS、GPS与雷达各自的优势，进行优势互补，使船舶行驶更安全、更经济，充分保护海洋环境。从而达到充分利用海洋资源，提高国家的交通运输水平，满足国内乃至世界对商品的需求的目的。1.3 研究的意义进入21世纪，世界交通运输迅猛发展，海上交通运输又是其中最为重要的环节，船舶的数量不断增加，船舶朝着大型化、高速化发展。水域交通密度不断增加。海上交通运输的安全受到极为广泛的关注。雷达在船舶上用来定位、避让、导航，在VTS中用来探测与监
10、视港区及其附近水域目标的动态，在保证船舶航行与港口交通安全中起着非常重要的作用。但雷达的探测能力还远不能满足实际的需要，迫切地需要进行改进。AIS能自动广播和接收船舶的静态信息、动态信息、航次相关信息和安全相关的短信息。其信息的兼容性好、通信手段可靠，目标位置精度是卫星定位精度，信息的提供很难受到地形(其信息能够绕过障碍物传播)、天气以及海况的影响，但它不能像雷达那样提供全面的航行交通态势，除此之外，并不是所有的船舶都安装了AIS设备。AIS 与雷达各自存在优缺点，提供的信息也存在互补性。通过 AIS 与雷达目标动态信息的融合处理，以获得优势互补，用来提高目标信息的可靠性与精确性。本课题的研究
11、，是目前航海信息处理的前沿课题与关键技术之一，也是船舶智能避碰决策研究关注的问题之一，对提高目标信息的可靠性与精确性，进而提高船舶航行安全，有实际的研究价值与应用意义！2 各仪器的现状2.1 GPS的现状GPS是全球定位系统的简称，由于上世纪60年代美国和苏联两个超级大国的冷战，为了能够在战争中占据强有利的位置，美国于1973年开始研究能够精确进行定位导航的设备，这种设备就称为GPS，经过20年的研究，该系统与1993年底基本结束部署。在接下来的20年的发展，GPS已经由当初仅用于军用转向民用。在航天、航海以及公路运输等方面迅猛发展。如今就连手机上也配备有GPS系统。可见发展之迅猛。GPS目前
12、有21颗卫星在工作，另外有3颗作为替补。能够覆盖全球98%的区域，也就是说，就算你跑到天涯海角它都能够把你找出来。GPS在军用上的作用就不用说了，目前在民用中，GPS在海上用于船舶的定位导航最多，也是船舶不可缺少的装备之一。它能够在各种天气条件下为船舶提供其准确的地理位置。让船员和公司明白船舶所处的位置，以便进行航进决策和在发生意外事故后快速的进行相关的救援。同时，船员能够根据它提供的信息以及当时的海况和天气情况结合海图进行航路点的设置，这样可以选择合适的航线，使航行更加的经济和安全。同时，当船舶设定好航线时，如果船舶在航行过程中偏离了设计好的航线时，它能够发出警报提醒船员进行检查和调整。当船
13、舶到达设置好的航路点时，它也会像闹钟一样提醒你到达了指定的位置。当船舶行进时，如果由于风浪等天气原因，船舶航向偏离预先设定的初始航向时，它也会发出警报，让船员意识到船舶航向的改变。使航行过程更加的有保障。它还能够与船舶上的其他设备连接，可以提供船舶的速度和航向等相关信息，非常的方便。有人曾今说过，GPS没有做不到的，只有我们想不到的。在交通方面的应用已经得到了足够的体现，在旅游方面，一些带有GPS的电子手表同样也会很受广大的旅游人士的欢迎。车载GPS能够为到另外不熟悉的城市进行出差、旅游的人们提供方便。农业上，我们同时也能够利用GPS的功能结合计算机来检测各个土壤中各种必需元素的含量，进行精地播种，以及肥料缺失地方进行合理的施肥等等。总之，GPS的应用前景相当的广泛。2.2 雷达的现状雷达的产生起源于二战，由于雷达的使用，作战能力得到明显的提高。二战后，雷达的优势逐渐转移到民用上来，特别是在航海上的应用更是起到了巨大的推动作用。使航运界发生了质的改变，可以说是航海上的一次工业革命。在雷达产生之前，船舶航行只能通过人眼来观测，这样对船员要求就非常高，工作时间很长，工作量很大，由于人的视距相对较短，航行相当危险。雷达产生以前，船舶晚上很少航行，海上起雾后，航行也是受到很大的障碍。雷达产生后，夜间航行已经能够顺利进行，起雾影
