Assosiasjon mellom posisjonsinformasjon og peilinger fra en satellitt over nordområdene

Abstract

Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) har ønske om å utvide eksisterende satellittovervåking av nordområdene fra kun posisjonsinformasjon mottatt via ''Automatisk indentifikasjonssystem'' (AIS) til å også inkludere radarpeilinger. Dette krever nøyaktig kunnskap om satellittens stilling og denne masteroppgaven undersøker om det er mulig å oppnå dette ved å assosiere AIS-posisjoner med radarpeilingene. Det er utarbeidet en matematisk modell for problemet og estimatorer basert på nærmeste nabo (NN) og global nærmeste nabo (GNN) assosiasjon er definert. Estimatorenes statistiske egenskaper er undersøkt ved simuleringer som inkluderer realistiske data av skipsposisjoner og AIS-data. Når usikkerheten i peilevinklene var satt til 0.10 grader oppnådde GNN-estimatoren nøyaktighet på 0.012-0.041 grader for to av rotasjonsaksene til satellitten og 0.25-0.40 grader for den siste aksen. Det er beregnet tilnærmede Cramér Rao nedre grenser som i dette tilfellet er 0.0012-0.041 grader for de to første aksene og 0.065-0.46 for den siste. Likheten mellom empiriske og teoretiske nøyaktigheter viser at estimatoren er optimal eller nær optimal. Størrelsen på usikkerheten i peilevinklene er funnet proporsjonal med de empiriske standardavvikene for GNN-estimatoren. Under estimeringen ble 50-90% av AIS-posisjonene assosiert korrekt med radarpeilingene. Det er funnet ut at GNN estimerer med høyere presisjon enn NN, men NN er raskere å beregne og kan med fordel brukes til å finne et grovestimat som GNN kan bruke som utgangspunkt. Nøyaktigheten i assosiasjon og stillingsestimat er bedre i åpent farvann enn nær kysten, noe som ser ut til å ha sammenheng med større tetthet av skip og at det mottas AIS-posisjoner fra en lavere andel skip. Resultatene viser at det ved de undersøkte forholdene er mulig å oppnå god kunnskap om satellittens stilling ved å assosiere AIS-posisjoner og radarpeilinger.