1.一种船舶轨迹跟踪系统状态编码器,其特征在于:包括依次连接的信息采集模块、状态解耦模块、初级编码模块、二次编码模块、数据加密模块和信道编码模块;
信息采集模块用于从状态传感器获得船舶轨迹跟踪系统状态采样值D(k);所述信息采集模块设定船舶轨迹跟踪系统状态的采样时间为h秒,并每间隔h秒从状态传感器获得船舶n轨迹跟踪系统状态采样值;第k时刻船舶轨迹跟踪系统状态采样值设定为D(k)∈R,D(k)=T[d1(k)d2(k)…dn(k)];其中,di(k)∈R,表示在k时刻第i个状态变量;在k时刻船舶轨迹跟踪系统有n个状态变量需要传输给管理控制系统;信息采集模块对每个时刻的船舶轨迹跟踪系统状态采样值D(k)均进行存储,并发送给状态解耦模块;
状态解耦模块用于基于船舶轨迹跟踪系统动态特性,建立系统状态方程,并进行状态解耦,把解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态方程和解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 发送给初级编码模块;所述状态解耦模块进行解耦的具体方法为:基于船舶轨迹跟踪系统动态特性,建立系统状态方程,如下所示:D(k+1)=AD(k)+BU(k)+FW(k)p q
其中,U(k)∈R 是管理控制系统的控制输出;W(k)∈R 是船舶轨迹跟踪系统中产生的噪声和干扰;A、B、F是多维数值矩阵,其值由船舶类型和控制策略来决定;
存在一个实数取值的非奇异矩阵H,设定变换矩阵M为:其中,mi∈R,i=1,2,…,n;
表示解耦后的系统状态值,如下式所示:
解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态方程变换为:设定:
T
HBU(k)=[u1(k)u2(k)…un(k)]T
HFW(k)=[w1(k)w2(k)…wn(k)]令 表示k时刻解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 的第i个状态变量,则得到:则解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 如下式所示:状态解耦模块把解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态方程和船舶轨迹跟踪系统状态发送给初级编码模块;
初级编码模块用于对解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 的n个状态变量进行初级编码,计算相应的二进制等长码字c1(k)、c2(k)、…、cn(k),将二进制等长码字c1(k)、c2(k)、…、cn(k)发送给二次编码模块;具体方法如下:对k时刻第i个解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的状态界γi(k)进行更新计算;
令 和γi(k)分别表示在k时刻第i个解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测值和状态界,则有:
其中,γi(k)会随着时间变化而变化,在每一次编码前都要重新进行更新计算,计算方法如下:其中,表示wi(k)的取值上界;ni表示对 进行量化时采用的压缩参数;
设定解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩参数ni,并计算压缩状态预测值压缩参数ni的计算方法如下:其中,|·|表示取绝对值符号, 表示上取整函数;
计算解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测值 计算方法如下:
其中, 表示在k‑1时刻第i个解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值;
基于更新计算后的状态界γi(k)、压缩参数ni和压缩状态预测值 计算解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值 令 表示解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测误差值,其计算方法如下:将区间(‑γi(k),γi(k))平均分为ni个小区间,如下所示:观测解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测误差值 位于上面ni个小区间中的哪个小区间,则对应小区间的中点值,就设定为解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值对解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值 进行编码,计算相应的二进制等长码字ci(k);将区间(‑γi(k),γi(k))平均分得的ni个小区间进行编号:第r个小区间,编号为r;令li(k)表示二进制等长码字ci(k)的长度,计算方法如下:观测解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测误差值 位于ni个小区间中的哪个小区间,则将对应小区间的编号r转换成长度为li(k)的二进制数,该二进制数即为二进制等长码字ci(k);
初级编码模块将二进制等长码字ci(k)发送给二次编码模块;
二次编码模块用于将c1(k)、c2(k)、…、cn(k)合并为一个长度为L(k)的二进制序列,采用LZ编码方法对其进行二次编码,生成码字C(k),将生成的码字C(k)发送给数据加密模块;
长度L(k)计算公式如下所示:
二次编码模块将生成的码字C(k)发送给数据加密模块;
数据加密模块用于采用DES密码算法对码字C(k)进行数据加密,生成长度为L(k)的二进制序列G(k),并将G(k)发送给信道编码模块;
信道编码模块用于采用二元(N(k),L(k))汉明码的编码方法,对二进制序列G(k)进行信道编码,将编码后生成的码字发送给发射机。
2.一种船舶轨迹跟踪系统状态编码方法,采用权利要求1所述的船舶轨迹跟踪系统状态编码器实现,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:信息采集模块从状态传感器获得船舶轨迹跟踪系统状态采样值D(k);信息采集模块设定船舶轨迹跟踪系统状态的采样时间为h秒,并每间隔h秒从状态传感器获得船舶轨n迹跟踪系统状态值;第k时刻船舶轨迹跟踪系统状态采样值设定为D(k)∈R;D(k)=[d1(k)Td2(k)…dn(k)];其中,di(k)∈R,表示在k时刻第i个状态变量;在k时刻船舶轨迹跟踪系统有n个状态变量需要传输给管理控制系统;
对每个时刻的船舶轨迹跟踪系统状态采样值D(k)均进行存储,并发送给状态解耦模块;
步骤2:状态解耦模块,对船舶轨迹跟踪系统状态采样值D(k)进行解耦,将解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 提供给初级编码模块进行编码;具体方法为:步骤2.1:基于船舶轨迹跟踪系统动态特性,建立系统状态方程,如下所示:D(k+1)=AD(k)+BU(k)+FW(k)p q
其中,U(k)∈R 是管理控制系统的控制输出;W(k)∈R 是船舶轨迹跟踪系统中产生的噪声和干扰;A、B、F是多维数值矩阵,其值由船舶类型和控制策略来决定;
步骤2.2:计算变换矩阵;
存在一个实数取值的非奇异矩阵H,设定变换矩阵M为:其中,mi∈R,i=1,2,…,n;
步骤2.3:计算解耦后的状态方程;
表示解耦后的系统状态,如下式所示:
解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态方程变换为:步骤2.4:计算解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态;
设定:
T
HBU(k)=[u1(k)u2(k)…un(k)]T
HFW(k)=[w1(k)w2(k)…wn(k)]对于任意k时刻解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 的第i个状态变量 则得到:则解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态 如下式所示:步骤3:初级编码模块对 的n个状态分量进行初级编码,计算相应的二进制等长码字c1(k)、c2(k)、…、cn(k),将二进制等长码字c1(k)、c2(k)、…、cn(k)发送给二次编码模块;
具体方法为:
步骤3.1:对k时刻第i个解耦后船舶轨迹跟踪系统状态变量 的状态界γi(k)进行更新计算:令 和γi(k)分别表示在k时刻第i个解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测值和状态界,则有:
其中,γi(k)会随着时间变化而变化,在每一次编码前都要重新进行更新计算,计算方法如下:其中,表示wi(k)的取值上界;ni表示对 进行量化时采用的压缩参数;
步骤3.2:设定解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩参数ni,并计算压缩状态预测值压缩参数ni的计算方法如下:
其中,|·|表示取绝对值符号, 表示上取整函数;
计算解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测值 计算方法如下:
其中, 表示在k‑1时刻第i个解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值;
步骤3.3:基于更新计算后的状态界γi(k)、压缩参数ni和压缩状态预测值 计算解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值令 表示解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测误差值,计算方法如下:
将区间(‑γi(k),γi(k))平均分为ni个小区间,如下所示:观测解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测误差值 位于上面ni个小区间中的哪个小区间,则对应小区间的中点值,就设定为解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值步骤3.4:对解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态值 进行编码,计算相应的二进制等长码字ci(k);
将区间(‑γi(k),γi(k))平均分所得到的ni个小区间进行编号:第r个小区间,编号为r;
令li(k)表示二进制等长码字ci(k)的长度,计算方法如下:观测解耦后的船舶轨迹跟踪系统状态变量 的压缩状态预测误差值 位于步骤
3.3中ni个小区间中的哪个小区间,则将对应小区间的编号r转换成长度为li(k)的二进制数,该二进制数即为二进制等长码字ci(k);
步骤4:二次编码模块将c1(k)、c2(k)、…、cn(k)合并为一个长度为L(k)二进制序列,采用LZ编码方法对其进行二次编码,生成码字C(k),将生成的码字C(k)发送给数据加密模块;
长度L(k)的计算公式如下所示:
步骤5:数据加密模块从二次编码模块获得生成的码字C(k),采用DES密码算法,对其进行数据加密,生成长度为L(k)的二进制序列G(k),将G(k)发送给信道编码模块;
步骤6:信道编码模块采用二元(N(k),L(k))汉明码的编码方法,对二进制序列G(k)进行信道编码,将编码后生成的码字发送给发射机。