CN105182343A - 一种基于海洋雷达监测技术的预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于海洋雷达监测技术的预警系统，包括至少一个向探测区域发射脉冲信号的海洋雷达系统，通过阵列天线接收回波脉冲信号，下变频单元接收由接收单元输出的回波脉冲信号，收发单元接收由下变频单元输出的下变频后的回波脉冲信号，控制单元接收由收发单元输出的解调后的回波脉冲信号，控制单元对回波脉冲信号进行处理得出气象信息和海洋目标位置信息，控制单元根据气象信息和海洋目标位置信息生成预警信号，控制单元通过第一通讯单元向海洋目标输出预警信号。根据气象和海洋目标位置生成预警信号，对存在危险的该海洋目标发送预警信号，使得如船只或海上作业平台等海洋目标能够及时地得知附件海域的气象情况，避免财产和人员的损失。

Description

一种基于海洋雷达监测技术的预警系统

技术领域

本发明涉及气象风险预警领域，尤其涉及一种基于海洋雷达监测技术的预警系统。

背景技术

当前海上风险预警系统主要是依靠单独的气象传感器和海洋传感器，气象雷达和卫星系统会用来感知气象灾害，然后通过自动识别系统或电台将风险警告发送给所有位于危险区域的所有海上船只或海上作业平台，然后由船长根据他们自己船只的位置来定位坏天气的具体位置并自行脱离危险地带。

当前风险预警系统的主要缺点是由于地球的曲率目前传统的气象感应雷达尚不具备探测短距离、中低高度快速形成的危害气象的能力。且卫星传感器不能提供可实时和及时更新的天气变化。

对于航海安全来说,船只或海上作业平台大多依靠自己的海上导航雷达、岸基雷达或与带有自动识别系统的海岸警卫队巡逻船联络来观察他们航路周围的环境。港口和航海管理部门使用安装在海岸或海岸警卫队船只上的雷达来进行监测、维护治安,同时也执行搜索和救援任务。位于岸基和船用雷达多为非相参性,单极化的雷达，他们工作在S或X频段，而且是机械旋转，这些雷达通常缺乏对目标的三维定位。因为具有非相参性,这些雷达无法使用多普勒处理,这使得这些雷达容易受到海洋杂波的影响，进而极大地破坏在涨潮的恶劣天气条件下进行的探测效果。因此他们在在恶劣天气条件下执行搜索和救援具有非常大的局限性，此外还缺乏准确的气象探测能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种集气象监测和海上风险预警一体的基于海洋雷达监测技术的预警系统。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种基于海洋雷达监测技术的预警系统，包括至少一个向探测区域发射脉冲信号的海洋雷达系统，其中，海洋雷达系统包括收发单元、上变频单元、发射单元、阵列天线、接收单元、下变频单元、控制单元和第一通讯单元，收发单元将脉冲信号进行调制，上变频单元接收由收发单元输出的调制后的脉冲信号，发射单元接收由上变频单元输出的上变频后的脉冲信号，阵列天线接收由发射单元输出的功率放大后的脉冲信号，阵列天线向探测区域发射功率放大后的脉冲信号，接收单元用于通过阵列天线接收回波脉冲信号，下变频单元接收由接收单元输出的回波脉冲信号，收发单元接收由下变频单元输出的下变频后的回波脉冲信号，控制单元接收由收发单元输出的解调后的回波脉冲信号，控制单元对回波脉冲信号进行处理并得出气象信息和海洋目标位置信息，控制单元根据气象信息和海洋目标位置信息生成预警信号，控制单元通过第一通讯单元向海洋目标输出预警信号。

由上述方案可见，通过采用相控阵雷达的海洋雷达，并利用相控阵阵列天线向探测区域发射脉冲信号，再通过控制单元分析反射回来的回波脉冲信号，并分析处理得出探测区域的气象信息以及海洋目标位置信息，随后控制单元根据气象信息和海洋目标位置信息生成预警信号，即判断海洋目标所在位置是否存在危险，如存在危险则向该海洋目标发射预警信号，使得如船只或海上作业平台等海洋目标能够及时地得知附件海域的气象情况，及时作出相关措施避免财产和人员的损失,继而实现集气象监测和海上风险预警一体的并基于海洋雷达系统的监测技术的预警系统。

更进一步的方案是，预警系统还包括多个海洋雷达系统和中央控制单元，多个海洋雷达系统分别对不同探测区域发射脉冲信号，每一个海洋雷达系统通过通讯单元向中央控制单元输出气象信息和海洋目标位置信息，中央控制单元根据多个气象信息和海洋目标位置信息对每一个海洋目标生成对应的预警信号。

更进一步的方案是，预警系统还包括第二通讯单元，中央控制单元通过第二通讯单元向预警信号对应的海洋目标输出预警信号。

更进一步的方案是，预警系统还包括显示装置，中央控制单元根据多个气象信息和多个海洋目标位置信息进行数据融合并将融合后的数据在显示装置显示。

更进一步的方案是，预警系统包括设置在中央控制单元和海洋雷达系统之间的第一防火墙。

由上可见，通过设置中央控制单元收集多个海洋雷达系统采集的气象信息，并对多个气象信息进行信息融合，有利于提高气象探测范围和准确度，以及掌握多个海上目标的位置信号，能够对多个海上目标进行监测，一旦遇上坏天气，则根据海上目标的位置生成对应的预警信号，并将该预警信息发送到相应的海上目标上。

更进一步的方案是，控制单元可通过第一通讯单元接收由中央控制单元输出的控制信号。

更进一步的方案是，海洋雷达系统还包括人机控制界面，人机控制界面向控制单元输出控制信号。

由上可见，在控制方式方面除了可采用人机控制界面实现简便的控制外，还可以通过远程通讯的方式对海洋雷达系统进行控制，实现预警系统的智能化。

更进一步的方案是，预警系统还包括第三通讯单元，中央控制单元通过第三通讯单元向陆上接收单元输出预警信号。

更进一步的方案是，预警系统包括设置在中央控制单元和陆上接收单元之间的第二防火墙。

由上可见，当海上目标遇上坏天气后，除了向海上目标发送预警信号外，还可将该预警信号发送至陆上接收单元，而陆上接收单元是设置在港口管理部门、海警、海监、保卫部门等，该救援部门通过陆上接收单元以无线通讯或有线通讯的形式接收预警信号后可根据气象信息和海上目标位置信息实施救援或指导。

附图说明

图1是基于海洋雷达监测技术的预警系统实施例中的海洋雷达系统的系统框图。

图2是基于海洋雷达监测技术的预警系统实施例中的海洋雷达系统探测示意图。

图3是基于海洋雷达监测技术的预警系统实施例的系统框图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1和图2，图1是海洋雷达系统1的系统框图，图2是海洋雷达系统1探测时的原理图，海洋雷达系统1可采用的雷达是相控阵雷达或机械扫描雷达，雷达朝向探测区域发射

海洋雷达系统1包括收发单元15、上变频单元16、发射单元12、阵列天线11、下变频单元14、接收单元13、第一通讯单元18和控制单元19和人机控制界面17，收发单元15包括激励模块151和波束发生模块152。

操作人员可通过人机控制界面17向控制单元19输出控制信号继而实现控制，并使控制单元19向收发单元15输出控制信号，收发单元15为调制解调收发器，收发单元15将需要向探测区域发射的脉冲信号进行调制，具体地，在激励模块151和波束发生模块152的相互配合下产生脉冲波形，收发单元15将调制后的脉冲信号输出到上变频单元16中，上变频单元16将调制后的脉冲信号进行上变频，使得脉冲信号移到所需要的较高载波频率上。随后上变频单元16将上变频后的脉冲信号输出到发射单元12。

发射单元12包括功率放大模块121、模拟数字模块122、电源模块123和散热处理模块124。模拟数字模块122由振幅调制电路、相位调制电路和波束控制电路组成，模拟数字模块122将变频后的脉冲信号根据预设波束角对振幅和相位进行调节，随后将调节完毕的脉冲信号输出到功率放大模块121中，功率放大模块121将脉冲信号转化到最大输出功率并通过阵列天线11向探测区域发射脉冲信号。电源模块123为放大模块121、模拟数字模块122和散热处理模块124提供电源。散热处理模块124设置有散热器和温度检测器，由于脉冲信号功率放大和脉冲发射时将产生大量废热，所以温度检测器可对发射单元12的温度进行检测，当温度高于预设值时，可启动散热器对发射单元12进行散热。

脉冲信号在与探测区域的海浪、云、飓风、海上作业平台、船只或其他物体接触后，将有回波脉冲信号反射，回波脉冲信号被接收单元13通过阵列天线11接收后，并将回波脉冲信号输出至下变频模块14。接收单元13为雷达接收器，通过雷达接收器可接收高频信号并输出至下变频单元14。下变频单元14用于降低回波脉冲信号的载波频率，下变频单元14将下变频后的脉冲信号输出到收发单元15。随后收发单元15对中低频的回波脉冲信号进行解调，并将解调后的回波脉冲信号输出至控制单元19。

在接收通道上,由阵列天线11接收到的回波脉冲信号被发送到接收单元13,然后该信号被接收单元13放大，并且回波脉冲信号的相位和振幅被按照调制波束方向进行调整，随后回波脉冲信号被发送到下变频单元14以将其频率降低到中频频段，然后进行A/D模数转换处理，并进行压缩和过滤以获得数字IQ数据。数字IQ数据可在控制单元19中进行处理，即分别进行气象或海洋目标分析处理。气象和海上目标的处理分析利用的信号处理算法，探测和追踪气象和海上目标。气象信息以及海上目标的位置信息可在人机控制界面17进行显示，显示系统在同一地图上向操作员提供实时危害天气更新，以及船只或海上目标的精确位置。每个海洋目标的风险等级可以在视觉上或自动被控制单元19计算得出，并根据每个船只的位置计算相对应的预警信号，并将该预警信号通过第一通讯单元18发送至对应的船只或海上平台上，除了向船只发送警报，或如果船只已处在危险区域，进行适当的搜救行动。

参照图3，图3是基于海洋雷达监测技术的预警系统的系统框图。基于海洋雷达监测技术的预警系统包括多个海洋雷达系统和中央控制单元3，多个海洋雷达系统分别设置不同区域并对不同探测区域发送脉冲信号，海洋雷达系统和中央控制单元之间连接有第一防火墙21，每一个海洋雷达系统通过其通讯单元和第一防火墙21采用网络的形式与中央控制单元3进行信号交互，每一个海洋雷达系统通过通讯单元向中央控制单元3输出气象信息和海洋目标位置信息，中央控制单元3根据多个气象信息和多个海洋目标位置信息进行数据融合，并将信息融合后数据显示在显示装置22上，中央控制单元3对每一个海洋目标生成对应的预警信号，即在多个气象信息数据融合后分别对各个如船只、海上作业平台等海上目标的周围气象环境进行分析，并根据各个海上目标的周围的气象环境生成预警信号。预警系统还包括第二通讯单元23，中央控制单元3通过第二通讯单元23向该预警信号对应的海洋目标输出预警信号。

预警系统还包括第三通讯单元24和设置在中央控制单元3和陆上接收单元之间的第二防火墙，中央控制单元3通过第三通讯单元24和第二防火墙25采用网络的形式与路上救援部门进行信号交互，中央控制单元可向陆上接收单元输出预警信号，而陆上接收单元是设置在陆上救援部门上等，陆上接收单元可包括港口管理部门、海警部门、海监部门和/或重点设施保卫部门，该救援部门通过陆上接收单元以无线通讯或有线通讯的形式接收预警信号后可根据气象信息和海上目标位置信息实施救援或指导，即当海上目标遇上坏天气后且需要救援或指导时，可将具有气象信息和海上目标位置信息的预警信号发送至陆上救援部门，使得陆上救援部门能够及时获知相关情况，从而有效地迅速地展开救援工作。另外在海洋雷达系统的控制方面，除了采用控制单元19和人机控制界面17对海洋雷达系统进行控制外，控制单元19可通过第一通讯单元18接收由中央控制单元3输出的控制信号，继而实现远程控制。

由上可见，通过采用相控阵雷达的海洋雷达，并利用相控阵阵列天线向探测区域发射脉冲信号，再通过控制单元分析反射回来的回波脉冲信号，并分析处理得出探测区域的气象信息以及海洋目标位置信息，随后控制单元根据气象信息和海洋目标位置信息生成预警信号，即判断海洋目标所在位置是否存在危险，如存在危险则向该海洋目标发射预警信号，使得如船只或海上作业平台等海洋目标能够及时地得知附件海域的气象情况，及时作出相关措施避免财产和人员的损失。

Claims (9)

1.一种基于海洋雷达监测技术的预警系统，包括至少一个向探测区域发射脉冲信号的海洋雷达系统；

其特征在于：

所述海洋雷达系统包括：

收发单元，所述收发单元将所述脉冲信号进行调制；

上变频单元，所述上变频单元接收由所述收发单元输出的调制后的脉冲信号；

发射单元，所述发射单元接收由所述上变频单元输出的上变频后的脉冲信号；

阵列天线，所述阵列天线接收由所述发射单元输出的功率放大后的脉冲信号，所述阵列天线向所述探测区域发射功率放大后的脉冲信号；

接收单元，所述接收单元用于通过所述阵列天线接收回波脉冲信号；

下变频单元，所述下变频单元接收由所述接收单元输出的所述回波脉冲信号，所述收发单元接收由所述下变频单元输出的下变频后的回波脉冲信号；

控制单元，所述控制单元接收由所述收发单元输出的解调后的回波脉冲信号，所述控制单元对所述回波脉冲信号进行处理并得出气象信息和海洋目标位置信息，所述控制单元根据所述气象信息和所述海洋目标位置信息生成预警信号；

第一通讯单元，所述控制单元通过所述第一通讯单元向所述海洋目标输出所述预警信号。

2.根据权利要求1所述预警系统，其特征在于：

所述预警系统还包括多个所述海洋雷达系统和中央控制单元，多个所述海洋雷达系统分别对不同探测区域发射所述脉冲信号，每一个所述海洋雷达系统通过所述通讯单元向所述中央控制单元输出所述气象信息和所述海洋目标位置信息，所述中央控制单元根据多个所述气象信息和所述海洋目标位置信息对每一个所述海洋目标生成对应的所述预警信号。

3.根据权利要求2所述预警系统，其特征在于：

所述预警系统还包括第二通讯单元，所述中央控制单元通过所述第二通讯单元向所述预警信号对应的海洋目标输出所述预警信号。

4.根据权利要求2所述预警系统，其特征在于：

所述预警系统还包括显示装置，所述中央控制单元根据多个所述气象信息和多个所述海洋目标位置信息进行数据融合并将融合后的数据在所述显示装置显示。

5.根据权利要求2所述预警系统，其特征在于：

所述预警系统包括设置在所述中央控制单元和所述海洋雷达系统之间的第一防火墙。

6.根据权利要求2所述预警系统，其特征在于：

所述控制单元可通过所述第一通讯单元接收由中央控制单元输出的控制信号。

7.根据权利要求1所述预警系统，其特征在于：

所述海洋雷达系统还包括人机控制界面，所述人机控制界面向所述控制单元输出控制信号。

8.根据权利要求2至6任一项所述预警系统，其特征在于：

所述预警系统还包括第三通讯单元，所述中央控制单元通过所述第三通讯单元向陆上接收单元输出所述预警信号。

9.根据权利要求8所述预警系统，其特征在于：

所述预警系统包括设置在所述中央控制单元和所述陆上接收单元之间的第二防火墙。