CN101483014A

CN101483014A - 一种基于arm的航海雷达模拟器系统

Info

Publication number: CN101483014A
Application number: CNA2009100452224A
Authority: CN
Inventors: 应士君; 李少伟
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-13
Also published as: CN101483014B

Abstract

本发明公开了一种基于ARM的航海雷达模拟器系统，该系统包括主控台、以太网接口模块、串口模块、雷达信号发生器以及雷达图像显示处理终端；所述雷达信号发生器根据控制台发过来的各项参数，将存储在雷达信号发生器中的雷达数据文件转换成雷达信号，并根据前述主控台发送过来的参数，进行必要的信号处理产生雷达杂波。将雷达信号和杂波混合后通过数据线发送到雷达图像显示处理终端。同时可选择通过串口发送罗经以及计程仪信号。本发明能够实现雷达图像信号的发生，并且产生的雷达信号能够做到与真实航海雷达信号兼容。具有使用灵活、成本低、携带方便等优点。

Description

一种基于ARM的航海雷达模拟器系统

技术领域：

本发明涉及一种航海雷达模拟器系统，特别涉及一种基于ARM的航海雷达模拟器系统。

背景技术：

安装在船舶上的雷达是船长的眼睛，是必不可少的主要助航设备。STCW公约明确要求500总吨或以上船舶负责航行值班的高级船员能使用雷达和自动雷达标绘仪保持安全航行。它的主要优点是：第一，船用雷达显像直观，使用方便，定位测量比较准确；第二，船用雷达能在雨、雪、雾和夜航等不利条件下探测物标，且作用距离远。船用雷达的这种作用，在船上众多的助航仪器中是独一无二的。因此，国际海事组织(IMO)对各类船舶必须装备船用雷达的数量和性能都作了具体的规定。

STCW78/95公约明确规定了对雷达训练的要求，如果使用真实雷达进行培训，周围物标一般是不会变化，这样无法给培训人员一种身在海上的真实感。随着微控制器技术的发展，微控制器在导航技术中的应用也越来越广，微控制器数据传输和处理数据能力已经能够满足雷达信号产生的需要。

发明内容：

本发明针对上述现有雷达在训练中所存在的不足，而提供一种能够方便灵活模拟发生雷达信号的方法。并且根据控制台参数完全模拟实船雷达信号，使得培训人员得到更好的感性认识。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案：

一种基于ARM的航海雷达模拟器系统，该系统包括主控台、以太网接口模块、串口模块、雷达信号发生器以及雷达图像显示处理终端；所述雷达信号发生器通过以太网接口模块接收主控台发出的环境参数，且将存储在雷达信号发生器中的雷达数据文件转换成雷达信号，并根据主控台发送过来的环境参数，对雷达信号处理产生雷达杂波；所述雷达信号和杂波混合后通过数据线发送到雷达图像显示处理终端。

所述雷达信号发生器可选择通过串口模块发送AIS、GPS、罗经、计程仪、测深仪、风向风速仪等信号至雷达图像显示处理终端。

所述雷达信号发生器由微控制器和外围采集电路组成，该外围采集电路包括CPLD、数模转换模块、电压转换模块、存储模块、信号滤波及功率放大模块、串口模块；所述微控制器的信号输入端通过信号控制线分别连接CPLD、存储模块的信号输出端，微控制器的信号输入端还通过以太网接口模块连接主控台，微控制器信号输出端通过信号控制线连接数模转换模块、电压转换模块、信号滤波及功率放大模块的输入端，且通过串口模块连接雷达图像显示处理终端的输入端；数模转换模块的信号输出端通过信号滤波及功率放大模块连接雷达图像显示处理终端的输入端，电压转换模块的信号输出端连接雷达图像显示处理终端的输入端。

上述的微控制器采用嵌入式微控制器ARM。

本发明提供的基于ARM的航海雷达模拟器系统，采用了一个简便、实用、使用灵活、性价比高的方案，通过以太网可实时地将环境参数更新，另外将当今先进的微控制器技术融入整个系统中，提高了雷达信号生成的效率，能够模拟各种方便了使用，降低了成本。

本发明除具有普通的雷达信号发生功能外，由于使用了微控制器嵌入式技术，并通过以太网将雷达环境参数进行远程实时发送，使得整个系统使用更加灵活、成本更加低廉，在许多场合，特别是培训场合，可取代现有雷达信号。并且由于与真实雷达信号兼容，可无障碍在模拟信号与真实信号之间切换。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明采用微控制器来作为雷达模拟系统的主控制器，由它负责整个系统工作的协调。在初始化阶段，微控制器通过以太网络接口与主控台通信，获取当前港口以及海况等各种环境参数信息(包括地理位置信息、风流浪参数等)。初始化外围电路。

然后，当微控制器获取到上述参数后，便从存储模块中取出相应的雷达数据。罗经数据和计程仪信号直接通过串口发送到显示处理终端。雷达数据则转换成相应的四个信号：船艏信号、方位信号、触发脉冲以及视频信号。这四个信号分别通过电压转换、数模转换以及信号滤波及放大后通过数据线传输到雷达显示终端。

根据上述原理本发明采用如图1所示的系统，该系统包括主控台、以太网接口模块、串口模块、雷达信号发生器以及雷达图像显示处理终端；所述雷达信号发生器通过以太网接口模块接收主控台发出的环境参数(包括地理位置信息、风流浪参数等)，且将存储在雷达信号发生器中的雷达数据文件转换成雷达信号，并根据主控台发送过来的环境参数，对雷达信号处理产生雷达杂波；所述雷达信号和杂波混合后通过数据线发送到雷达图像显示处理终端进行显示。

同时雷达信号发生器可选择通过串口模块发送AIS、GPS、罗经、计程仪、测深仪、风向风速仪等信号至雷达图像显示处理终端。

如图1所示的系统，其具体的实施通过图2所示的结构来实现：

如图所示整个系统由主控台1、以太网接口2、ARM微控制器3、CPLD4、存储模块5、电压转换模块6、数模转换模块7、信号滤波及功率放大模块8、串口模块9以及显示处理终端10组成。其主控台1通过通用网络接口2连接微控制器3；ARM微控制器3的信号输入端和输出端分别通过网络接口2和信号控制线、串口模块9连接控制台1的输出端和外围电路CPLD 4，存储模块5、电压转换模块6、数模转换模块7的输入端以及显示处理终端10的输入端；CPLD4的输入端和输出端通过信号线连接到微控制器3的输出端和输入端；存储模块5的输入端和输出端分别通过信号线连接微控制器3的输出以及输入端；电压转换模块6的输入端通过信号线连接到微控制器3的输出端；数模转换模块7的输入输出段通过信号线连接微控制器3的输出端和信号滤波放大模块8的输入端；信号滤波放大模块8的输入、输出端分别连接数模转换模块7的输出端和显示处理终端10的输入端；显示处理终端10的输入端通过信号线和串口模块9连接电压转换模块6、信号滤波放大模块9的输出端并通过串口连接到微控制器3的输出端。

根据上述技术方案得到的本系统具体实施时，采用微控制器3作为雷达信号发生器的主控制器，由它负责整个系统工作的协调。在初始化阶段，微控制器3通过以太网获取环境参数，并初始化外围电路。

然后，当微控制器3获取上述参数后，从存储模块5获取雷达数据进行处理产生雷达图像数据。雷达图像数据生成主要包括以下两方面：

一、岸线和固定目标回波处理，其包括以下步骤：

1)在内存中画带有GIS高程信息的地形图；

2)用快速算法生成扫描线，计算扫描线与岸线的交点；

3)利用地形图的高程信息产生回波的遮挡效应；

4)用算法实现回波的距离衰减和径向扩大效应。

二、移动目标回波处理：

根据目标船的大小吨位、装载情况、相对航向和距离，用算法产生具有距离衰减和径向扩大效应的目标回波。同时CPLD使用伪码发生器算法产生雷达杂波，主要为海上的雨雪和海浪杂波。算法概述如下：

海浪杂波处理：

1)用伪码发生器产生伪噪声序列；

2)通过线性滤波器得到具有某种相关性的相关序列；

3)对相关序列进行非线性变换，得到具有某种概率分布的海浪杂波信号。雨雪杂波处理：

用海杂波类似的生成算法，再通过坐标变换得到雨雪杂波信号。

其他输出信号处理：

微控制器3通过内部定时器定时产生船艏信号、方位脉冲以及触发脉冲，并将这些时序信号通过I/O口连接到电压转换模块6。在定时器处理程序内部，微处理器3将雷达数据，即雷达视频信号以及CPLD4传输过来的杂波信号，通过混合后，通过I/O口发送到数模转换模块7。数模转换模块7将处理后得到数字信号送给信号滤波放大模块8。最终，产生的船艏信号、方位脉冲、触发脉冲和视频信号一起送到显示处理终端10。同时可选择由ARM微控制器3产生AIS、GPS、罗经、计程仪、测深仪、风向风速仪等信号，并将其通过串口模块9发送到显示处理终端10。软件平台根据IBS设备规范和接口标准，按照NMEA0183接口标准，产生上述数据信息。

最后，雷达显示终端10通过机器内的雷达信号采集卡解码收到的雷达图像信号，并将雷达图像以及各种数据显示出来。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1、一种基于ARM的航海雷达模拟器系统，该系统包括主控台、以太网接口模块、串口模块、雷达信号发生器以及雷达图像显示处理终端；其特征在于，所述雷达信号发生器通过以太网接口模块接收主控台发出的环境参数，且将存储在雷达信号发生器中的雷达数据文件转换成雷达信号，并根据主控台发送过来的环境参数，对雷达信号处理产生雷达杂波；所述雷达信号和杂波混合后通过数据线发送到雷达图像显示处理终端。

2、根据权利要求1所述的一种基于ARM的航海雷达模拟器系统其特征在于，所述雷达信号发生器可选择通过串口模块发送AIS、GPS、罗经、计程仪、测深仪、风向风速仪等信号至雷达图像显示处理终端。

3、根据权利要求1或2所述的一种基于ARM的航海雷达模拟器系统，其特征在于，所述雷达信号发生器由微控制器和外围采集电路组成，该外围采集电路包括CPLD、数模转换模块、电压转换模块、存储模块、信号滤波及功率放大模块、串口模块；所述微控制器的信号输入端通过信号控制线分别连接CPLD、存储模块的信号输出端，微控制器的信号输入端还通过以太网接口模块连接主控台，微控制器信号输出端通过信号控制线连接数模转换模块、电压转换模块、信号滤波及功率放大模块的输入端，且通过串口模块连接雷达图像显示处理终端的输入端；数模转换模块的信号输出端通过信号滤波及功率放大模块连接雷达图像显示处理终端的输入端，电压转换模块的信号输出端连接雷达图像显示处理终端的输入端。

4、根据权利要求3所述的一种基于ARM的雷达图像处理系统，其特征在于，所述的微控制器采用嵌入式微控制器ARM。