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基于卡尔曼滤波和ISODATA的航标漂移预警方法 　　摘要：为解决目前航标遥控遥测系统中航标漂移误报警过多的问题，提出一种基于卡尔曼滤波和迭代自组织数据分析算法的组合优化方法。该方法如下：对航标GPS接收机原始坐标数据进行滤波，消除波动较大的数据后得到较可靠的航标位置数据；使用ISODATA得出其聚类中心；以该聚类中心取代航标抛设位置作为航标回旋中心，计算航标漂移距离。测试结果表明，该组合优化方法能够获取较为准确的航标漂移距离，在降低航标维护成本的同时，还能有效减少误报警。　　关键词： 航标； 卡尔曼滤波； 迭代自组织数据分析算法； 误报警　　中图分类号： 文献标志码： A　　Abstract： In order to solve the too much false alarm problem of the buoy drift in the remote control telemetry system， a combinatorial optimization method based on Kalman filtering and the iterative self-organizing data analysis technique algorithm is proposed. The method is as follows： the buoy initial coordinate data from GPS are filtered to eliminate the fluctuated data， and the reliable buoy position data are obtained； the clustering center of the data is got by ISODATA； the clustering center is used as the buoy motion center instead of the buoy throw position to calculate the buoy drift distance. The test results show that， by the combinatorial optimization method， the more accurate buoy drift distance can be obtained， and the buoy maintenance cost and false alarm are both reduced.　　Key words： buoy； Kalman filtering； iterative self-organizing data analysis technique algorithm ； false alarm　　0 引 言　　航标是帮助和指引船舶航行，标示航道方向、界限和碍航物的重要标志。航标能否正常运行，关系着船舶的安全航行乃至船员的人身安全。随着通信和网络技术的快速发展，GPS在航标位置监测方面得到了应用。但GPS的定位精度受多径效应、电离层延时误差等因素的影响。[1]若定位误差较大，则可能会频繁发出误报警，增加管理压力。要减少误报警，首先要采用适当的方法提高GPS定位精度。　　目前，定位精度较高、技术较成熟的方法是差分GPS技术[2]：先利用已知精确坐标的差分GPS基准台解算出修正量，用户接收机利用该修正量对观测数据进行修正，从而得到较高精度的定位数据。差分技术的应用成本较高且受工作区的限制，因此有必要研究如何提高低成本的GPS自主式定位精度。目前，提高GPS自主式定位精度的方法主要是采用各类滤波算法对GPS接收机数据进行实时或事后处理。[3-4]张淑芳等[5]首次采用线性系统的识别方法和最小二乘法得到了准ARMA模型，对GPS输出数据进行实时建模与预测；常青等[6]提出在四星定位星座中增加第五颗星的选择方法，并以该方法和最小二乘递推估计为基础提出一种递推算法，提高了定位精度。杜晓辉等[7]使用卡尔曼滤波对GPS接收机数据进行处理，得到较小的估计误差，证明了卡尔曼滤波用于GPS静态单点定位的可靠性。在提高航标定位精度理论方面：林艺芳等[8]提出一种通过事先确定的基点来计算观测点与基点的距离进而实现航标GPS异常点判别的方法，该方法受主观因素影响较大；陈芹[9]采用基于距离的线性内插模型的伪距改正数算法来提高GPS定位精度；聂婧[10]将卡尔曼滤波引入航标系统中，对GPS观测数据进行平滑处理，有效地抑制了误差随时间累计逐渐发散的现象。然而，上述提高GPS定位精度的算法均停留在理论层面，并未考虑航标所处恶劣环境??航标定位造成的影响。刘胜等[11]首次提出一