CN107632301B - 一种航海雷达海上搜救装置及搜救方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明提供的一种航海雷达海上搜救装置及搜救方法，由于在救生装置表面安置了数个小型雷达角反射器，因此对于海上事故落水人员就可以借助船载雷达进行搜寻，相比于仅靠搜救人员以目视或耳听的方式搜索落水人员，利用雷达探测可以大幅扩大搜索范围。因此本装置在使用过程中有助于快速，准确地定位落水失踪人员，使搜救效率大大提高，进而使落水人员获救生存的几率提高。

Description

一种航海雷达海上搜救装置及搜救方法

技术领域

本发明涉及航海监控技术领域，尤其涉及一种航海雷达海上搜救装置及搜救方法。

背景技术

近年来，海上航行安全事故频发，船员落水等待救援时易发生大量的人员伤亡事故。传统搜救装置如救生衣，其作为一种最常见的水上个体救生装备，在海上航运、海洋渔业、码头作业等海上运输生产活动中发挥着重要作用。然而，传统的与救生衣配合使用的海上人员搜救装置只具备使穿着者安全漂浮于海面上的功能，而在营救功能上仅采用鲜艳的外敷面料颜色与反光带，以及配备示位灯、哨笛等声光示位装置，救援人员仅能靠视觉或听觉辨别落水人员方位。这种方法受距离、搜救海域能见度等多种因素限制，使得海上事故搜救效率大幅降低，落水者不能被及时营救，很可能造成不必要的人员伤亡。

发明内容

根据现有技术中传统搜救装置在营救功能上的缺陷，提供一种基于强反射材料的航海雷达海上搜救方法与装置，进而提高海上事故落水人员获救概率，从而降低海上事故中人员伤亡数量，该装置的具体方案为：

一种航海雷达海上搜救装置，包括：救生衣本体和小型雷达角反射器，所述小型雷达角反射器均匀排布于救生衣本体的胸部和肩部；

所述小型雷达角反射器包括等边三角形竖金属反射片一、等边三角形竖金属反射片二、正方形水平金属反射片和塑料防护套，所述等边三角形竖金属反射片一和等边三角形竖金属反射片二沿其中线呈十字型固定连接，所述等边三角形竖金属反射片一和等边三角形竖金属反射片二的底边分别与正方形水平金属反射片的两个对角线固定连接构成四棱锥形的小型雷达角反射器，所述塑料防护套固定安装在小型雷达角反射器四棱锥的顶角和四个边角上。

所述等边三角形竖金属反射片一和等边三角形竖金属反射片二为边长为42mm—56mm的金属片，该金属片的厚度为厚度1mm—1.5mm；所述正方形水平金属反射片为边长为30mm—40mm的金属片，该金属片的厚度为厚度1mm—1.5mm。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种航海雷达海上搜救装置及搜救方法，由于在救生装置表面安置了数个小型雷达角反射器，因此对于海上事故落水人员就可以借助船载雷达进行搜寻，相比于仅靠搜救人员以目视或耳听的方式搜索落水人员，利用雷达探测可以大幅扩大搜索范围。因此本装置在使用过程中有助于快速，准确地定位落水失踪人员，使搜救效率大大提高，进而使落水人员获救生存的几率提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明航海雷达海上搜救装置的结构示意图；

图2为本发明航海雷达海上搜救装置的结构示意图；

图3为三角形三面角反射器波传导原理示意图；

图4为三角形三面角反射器立体图；

图5为本发明航海雷达海上搜救装置的工作示意图；

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-图2所示的所示的一种航海雷达海上搜救装置，包括救生衣本体1和小型雷达角反射器9，小型雷达角反射器9均匀排布安装于救生衣本体1的胸部和肩部。小型雷达角反射器1包括等边三角形竖金属反射片一2、等边三角形竖金属反射片二3、正方形水平金属反射片4和塑料防护套5，所述等边三角形竖金属反射片一2、等边三角形竖金属反射片二3互相呈十字型结构焊接至正方形水平金属反射片4的两条对角线上构成整体结构呈四棱锥形的小型雷达角反射器1，塑料防护套14固定安装在小型雷达角反射器1四棱锥的顶角和四个边角上。三块反射片需保持平整，两两之间严格垂直，误差小于0.5°。反射片表面需保持洁净、光滑，不能有污垢、油渍等物。塑料防护套5分别固定在四棱锥的顶角与四个边角上，以防止雷达角反射器各顶角过尖对穿着者造成人身伤害以及损坏救生衣。

进一步的，所述等边三角形竖金属反射片一2和等边三角形竖金属反射片二3为边长为42mm—56mm的金属片，该金属片的厚度为厚度1mm—1.5mm；所述正方形水平金属反射片4为边长为30mm—40mm的金属片，该金属片的厚度为厚度1mm—1.5mm。

如图3和图4所示的三角形三面角反射器波传导原理示意图，因三面角反射器是由三块相互垂直的金属面组成的刚性结构，由于其特殊的几何结构，使入射雷达波可以在其结构内部产生多重内反射，最后使雷达波沿着入射方向反射回去。由此可以想象到空间上沿任意方向射向角反射器的雷达波均可经两次或三次反射最终将沿原来的入射方向的反方向射出。

采用小型雷达角反射器与搜救雷达装置配合使用。小型雷达角反射器能够增强探测目标的雷达反射波的强度，从而能够提高搜救雷达装置的探测能力。

雷达散射截面(Radar Cross-section，缩写RCS)，是反映目标对雷达波反射强度的重要参数，表征目标在雷达波照射下所产生回波强度的物理量。RCS主要受到探测目标以下参数的影响：1、目标材料的电性能；2、目标的几何外形；3、目标被雷达波照射的方位；4、入射波的波长。

针对以上参数要求，设计小型雷达角反射器时主要考虑以下因素：

从目标材料角度，所述强反射材料为雷达后向散射系数较大的材料，其与材料的复介电常数有关，材料的复介电常数越大，雷达上物体图像的色调表现越明亮。而复介电常数主要与材料的电容率与电导率有关，所以本发明采用电导率较大的金属作为强反射材料。考虑到材料表面反射性能与救援装置自重等因素，所选金属材料应表面平整度较好且质地较轻，因此本发明采用金属铝片作为强反射材料。

从所述小型雷达反射器的几何外形角度，雷达反射器常用几何外形有：球形、圆柱形、圆锥形、平板形、二面板形、三面板形。各个几何外形的雷达反射器，在保证散射面积相同的情况下，RCS基本大小趋势为：二面板形≈平板形＞三面角形＞＞圆柱形＞球形＞圆锥形。平板形和二面板形具有最大的RCS，但其随雷达波入射角变化而变化很快，RCS波动范围较大，只在很小的入射角范围内才能保证取得较大的RCS，并且其几何外形也不适合安放在救生衣上。而三面角反射器因金属面的形状不同而分为正方形面、扇形面、三角形面三种。在性能参数方面虽然三角形三面角反射器的最大RCS和平均RCS均小于另外两种三面角反射器，但其方向图宽带最大，即当入射角度变化时，三角形三面角反射器的RCS的减缩速率最小，能够在更大的入射角度范围内获得较大的回波功率。因此将三角形三面角反射器作为最佳选择。

从目标被雷达波照射的方位角度，所述小型雷达角反射器均匀排布安置于救生衣本体的胸部、肩部上，保证了雷达波入射俯仰角和方位角在强反射的角度范围内。

从入射波的波长角度，根据现有船舶安装的搜救雷达装置，入射雷达波的波长集中在毫米波，以保证小目标的探测和识别。小型雷达角反射器的三角形竖金属反射片边长设定为42～56mm之间，保证了反射器对雷达反射回波强度最大，也满足救生衣尺寸的实际限制。

所述的基于强反射材料易于被雷达探测的救生衣与现有的搜救雷达装置配合使用，采用相应的滤波算法将风浪、假目标等因素产生的杂波滤除，提取出装有小型雷达反射器的救生衣反射回波，并在雷达屏幕中进行显示和识别，使穿着救生衣的落水人员在雷达屏幕上显示出来。

实施例：

如图5所示的基于强反射材料的航海雷达海上搜救方法示意图，其中，6为雷达收/发信号天线；7为雷达回波信号的采集单元；8为雷达回波信号处理系统；9为搜救雷达的显示界面；10为装有强反射材料雷达角反射器的待搜索目标。对本发明所涉及搜救方法进行进一步说明：

步骤1，当雷达收/发信号天线6发射雷达波至装有强反射材料雷达角反射器的待搜索目标10时，会产生很强的雷达反射回波，该回波反射回雷达收/发信号天线6；

步骤2，将雷达收/发信号天线6接收到的回波通过采集单元7进行采集储存。在进行采集时，采集单元7首先进行16位精度的模数转换，将雷达回波信号以数字信号的形式进行存储。

步骤3，采集单元7存储的回波信号传输给处理单元8进行处理，首先采用高通滤波算法，将噪声滤除；然后采用递归滤波器(IIR滤波器)，由于其具有反馈环路，有利于雷达回波数字信号的处理。

三面角反射器沿着对称轴方向，即俯仰角θ＝0°，方位角φ＝0°时，出现最大的散射截面，即垂直入射角时的RCS计算公式为：

从几何学关系导出：

式中，λ为雷达工作波长，A_eff为三角面反射器的有效面积，l为反射器孔径的棱边长度。小型雷达角反射器的三角形竖金属反射片边长设定为42～56mm之间，所以RCS_max的取值范围为：0.0762—0.1016之间。根据角反射器反射的雷达回波强度设定信号带宽，将来自强反射材料雷达角反射器的回波提取出来；

步骤4，将目标按反射回波发出的距离与方位显示在雷达的显示界面9上。

小型雷达角反射器9是由两块相互垂直的金属面组成的刚性结构，由于其特殊的材料与几何结构，使入射电磁波在其内部产生多重内反射，最后使电磁波沿着入射方向反射回去。由于三角反射器具有较强的反射回波特性，因此当雷达波入射至雷达反射器内角时，其雷达反射回波远远强于周围物体的回波强度，在雷达屏幕上会出现较强的回波信号。落水人员穿着救生衣等待救援时，其露出水面的部分为前胸部与肩部，在救生衣以上两个部位加装数个小型雷达角反射器可以有效增强救生衣的雷达反射回波，使穿着救生衣的落水人员被雷达探测到的几率大大提高。

本发明公开的一种航海雷达海上搜救装置，采用小型雷达角反射器9与搜救雷达装置配合使用。小型雷达角反射器能够增强探测目标的雷达反射波的强度，从而能够提高搜救雷达装置的探测能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种航海雷达海上搜救装置，其特征在于包括：救生衣本体(1)和小型雷达角反射器(9)，所述小型雷达角反射器(9)均匀排布于救生衣本体(1)的胸部和肩部；

所述小型雷达角反射器(9)包括等边三角形竖金属反射片一(2)、等边三角形竖金属反射片二(3)、正方形水平金属反射片(4)和塑料防护套(5)，所述等边三角形竖金属反射片一(2)和等边三角形竖金属反射片二(3)沿其中线呈十字型固定连接，所述等边三角形竖金属反射片一(2)和等边三角形竖金属反射片二(3)的底边分别与正方形水平金属反射片(4)的两个对角线固定连接构成四棱锥形的小型雷达角反射器(9)，所述塑料防护套(5)固定安装在小型雷达角反射器(9)四棱锥的顶角和四个边角上；

所述等边三角形竖金属反射片一(2)和等边三角形竖金属反射片二(3)为边长为42mm—56mm的金属片，该金属片的厚度为厚度1mm—1.5mm；所述正方形水平金属反射片(4)为边长为30mm—40mm的金属片，该金属片的厚度为厚度1mm—1.5mm；

所述航海雷达海上搜救装置的搜救方法具体包括以下步骤：

S1：安装本装置：安装与一种航海雷达海上搜救装置配合工作的电器件，电器件包括：雷达收/发信号天线、采集单元、处理单元、显示界面和待搜索目标；

S2：当雷达收/发信号天线发射雷达波至待搜索目标时，会产生很强的雷达反射回波，该回波反射回雷达收/发信号天线中；

S3：将雷达收/发信号天线接收到的回波通过采集单元进行采集储存，在进行采集时，采集单元进行16位精度的模数转换，将雷达回波信号以数字信号的形式进行存储；

S4：采集单元存储的回波信号传输给处理单元进行数据处理：递归滤波器采用高通滤波算法将噪声滤除后对数据采用如下算法处理：

三面角反射器沿着对称轴方向，即俯仰角θ＝0°，方位角φ＝0°时，出现最大的散射截面，即垂直入射角时的RCS计算公式为：

从几何学关系导出：

式中，λ为雷达工作波长，A_eff为三角面反射器的有效面积，l为反射器孔径的棱边长度；小型雷达角反射器的三角形竖金属反射片边长设定为42～56mm之间，所以RCS_max的取值范围为：0.0762—0.1016之间，根据角反射器反射的雷达回波强度设定信号带宽，将来自强反射材料雷达角反射器的回波提取出来；

S5：将目标按反射回波发出的距离与方位显示在显示界面上。

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