Kalman filter performance in DGPS-based sea monoeuvring trial system

• Autorzy: Artyszuk J.

Warianty tytułu

PL

Efektywność filtru Kalmana w systemie pomiarowym DGPS charakterystyk manewrowych statku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A relatively high accuracy and reliability of the Differential GPS system makes the receivers of its signal a very good sensor of a ship position and velocity. Among the input from the gyrocompass, a complete, self-contained and portable ship manoeuvring trial system is obtained. However, the ship instant velocity vector is not measured directly but estimated through the application of the Kalman filter (one of its functions). In case of the ship manoeuvring, this leads to a systematic deviation of such the estimate as compared to the real motion. The magnitude of this bias is being thoroughly investigated for different ship manoeuvres. It appears essential in ship manoeuvring mthematical model identification and/or validation based on full-scale trials.

PL

Względnie wysoka niezawodność i dokładność (rzędu kilku metrów) różnicowego systemu pozycyjnego GPS (DGPS) sprawiła, że jest on szeroko wykorzystywany do wyznaczania charakterystyk manewrowych statku w czasie prób morskich. Typowy system pomiarowy składa się z przenośnego odbiornika DGPS, komputera i łącza do statkowego żyrokompasu. Wraz z informacją o pozycji statku, z samego odbiornika DGPS bardzo często jest również pobierany chwilowy wektor prędkości. Problem polega na tym, że ten wektor nie jest mierzony bezpośrednio, lecz estymowany (wyliczany) poprzez filtr Kalmana. To powoduje dość istotne błędy systematyczne w prędkości, szczczólnie gdy zarejestrowane dane są wykorzystywane do identyfikacji czy też weryfikacji matematycznych modeli manewrowania statkiem. Niniejsza praca zawiera analizę błędów wektora prędkości, stosując symulację pracy filtru Kalmana, dla różnych manewrów wchodzących w zakres morskich prób manewrowych. Zasygnalizowano także ryzyko powstania systematycznych błędów nawet w pozycji statku, jeśli niewłaściwie dobrano parametry filtracji.

Słowa kluczowe

EN

navigation map; ship maneuvers; Kalman filter

PL

mapa nawigacyjna; manewry statku; filtr Kalmana

• Wydawca: Komitet Geodezji PAN
• Czasopismo: Geodezja i Kartografia
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 52, z. 4
• Strony: 205--214
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., wykr.

Twórcy

autor

Artyszuk J.

• Institute of Marine Traffic Engineering Szczecin Maritime University

Bibliografia

• [1] Bieniek N., Cieszyński A., The System for Testing Ship Manoeuvrability and Propulsion Properties Based on NAVSTAR-GPS Global Satellite System. Polish Maritime Research, vol. 2, no. 1, pp. 14-17, 1995.
• [2] Ihown R.G., Hwang P.Y.C., Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering (with Matlab Exercises and Solution). 3rd edition, John Wiley&Sons, New York, 1997.
• [3] Crane C.L., Maneuvering Trials of a 278,000 DWT Tanker in Shallow and Deep Waters. SNAME Transactions, vol. 87, pp. 251-283, 1979.
• [4] Grewal M.S., Andrews A.P., Kalman Filtering: Theory and Practice. Prentice Hall, Upper Saddle River (N.J.), 1993.
• [5] Hirata N., Kose K., et al., Application of a Kinematic GPS to Ship Maneuvering Trials. WJSNA Transactions, no. 94 (Aug), pp. 111-120, 1997 (in Japanese).
• [6] Minkler G., Minkler J., Theory and Application of Kalman Filtering. Magellan Book Company, Palm Bay, 1993.
• [7] Pinkster J., Joumee J.M. J., Sea Trials with Regard to Design and Operational Limits of Fast Pilot Vessel MS Voyager. International Conference „Surveillance, Pilot and Rescue Craft for the 21st Century’ (SURV-IV), May 13-14, Gothenburg (Sweden), 1997.
• [8] Yum D.J., Lee T.I., Lee H. Y., Lee H.W., New Manoeuvring Sea Trial System Using DGPS. Marine Simulation and Ship Manoeuvrability (Chislett M.S. (ed.), Proceedings of MARSIM ’96 Conference, Sep 9-13, Copenhagen), A.A. Balkema, Rotterdam, pp. 333-340, 1996.