CN106019284A - 一种船用雷达arpa目标与ais目标融合算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，该算法包括有如下步骤：第一步，接受系统融合功能开启请求；第二步，检查NMEA数据，如无效，取消融合状态，融合过程结束，如有效，执行第三步；第三步，计算本船参数，设置融合参数；第四步，遍历AIS目标，选择当前AIS目标，得到当前AIS目标相关参数；第五步，遍历ARPA目标，计算ARPA目标运动参数及与AIS目标的位置、速度差值，判断是否融合；第六步，判断AIS目标是否遍历完成，是更新目标的显示方式，否执行第四步；第七步，本次数据处理结束，重新执行第一步。本发明弥补雷达探测盲区和AIS设备信号盲区，提高目标位置信息的精度与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶导航领域，特别涉及到一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法。
背景技术
自动识别系统(Automatie Identifieation system AIS),是一种利用现代通信和信息技术对周围船舶进行识别和对其运动状态进行跟踪的系统。该技术最早出现在20世纪90年代，由发达国家率先发起,以信息技术为先导，以多门类高科技为支柱,在后来的发展中,由于几个国际组织的积极参与,特别是国际海事组织(IMO)、国际航标协会(IALA)、国际电信联盟(ITU-R)的共同努力与协作,大力地促进了这项既保证航海安全又提高航运效益的新技术的发展，经过调查研究、开发试验，制定了一系列国际法规、技术标准。目前此系统各项技术已经成熟，并在2008年7月1日己全面实施。
雷达是传统导航设备，用来定为、避碰、导航。它能自主探测与跟踪目标，通过ARPA目标捕获和跟踪算法，可以获取目标的航速、航向、航迹等参数；AIS是新型的助航设备，能够提供目标的船名、MMSI、船长、船型等静态信息以及船位、航向、航速等动态信息。那么，对于同一目标，它既可能被导航雷达捕获跟踪，又可以通过AIS设备被对方知悉，对于该目标，在理想状态下，其ARPA目标与AIS目标在屏幕中的位置、航速、航向是完全吻合的；同时，由于舰船航行的安全性要求，两条舰船之间应该保持安全距离，因此如果两个目标舰船在一定时间内具有相近的位置、接近的航速和航向，则认为AIS目标与ARPA目标表征同一条舰船，将AIS目标与ARPA目标进行联合使目标显示更清晰，更有助于操作者了解当前的航行态势。
雷达由于安装位置和机理的一些限制，雷达本身存在回波探测的一些盲区，具有最小作用距离和最大探测距离的限制。AIS是被动的接收目标发过来的信息，有很多小渔船，快艇不安装AIS设备。而且AIS是开放式的，存在安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，能够弥补雷达探测盲区和AIS设备信号盲区，提高目标位置信息的精度与可靠性、进一步保障船舶航行安全。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，通过ARPA目标和AIS目标位置与运动参数判别是否融合，该算法包括如下步骤：
第一步，接受系统融合功能开启请求；
第二步，检查并判别NMEA数据，如果无效，本次融合过程结束，如果有效，执行第三步，
第三步，计算本船运动参数，设置融合相关参数、，
第四步，遍历AIS目标，选择当前AIS目标，得到当前AIS目标相关参数；
第五步，遍历ARPA目标，计算ARPA目标运动参数及与AIS目标的位置、速度差值，判断是否融合，其执行过程包括如下步骤：
（51）接受处理相关数据；
（52）遍历ARPA目标；
（53）由公式计算ARPA目标和AIS目标的位置差值，其中为N个ARPA目标与AIS目标的绝对位置差值，N为自然数，为AIS目标距离矢量，为ARPA目标距离矢量；
（54）遍历ARPA目标结束；
（55）比较得出中最小值，标记最近ARPA目标；
（56）由公式判断位置参数是否符合融合条件，（即：计算的这个公式成立的话，就满足融合条件之一，可以继续判断，否则就退出计算，不能融合），真，执行步骤（57），假，则本次数据处理结束，重新执行第一步；
（57）由公式计算ARPA目标和AIS目标的速度差值，其中为最近ARPA目标与AIS目标的绝对速度差值，为AIS目标速度矢量， 为ARPA目标速度矢量；
（58）由公式判断AIS目标和最近APRA速度参数是否符合融合条件（即：计算的这个公式成立的话，就满足融合条件之一，可以继续判断，否则就退出计算，不能融合），真，执行步骤（591），假，则本次数据处理结束，重新执行第一步；
（591）检查最近ARPA目标是否变化，如有变化，本次数据处理结束，重新执行第一步，否则执行步骤（592）；
（592）是否循环6次，是，执行步骤（593），否，执行步骤（52）；
（593）标记融合状态；
第六步，判断AIS目标是否遍历完成，是，更新目标的显示方式，否，执行第四步；
第七步，本次数据处理结束，重新执行第一步。
所述的选择依托于经验数据库，根据目标运动速度，选取合适的阈值，所述为当前AIS目标发送速度的1%~5%。
所述为AIS目标最近ARPA目标波门大小的1.5倍。
本发明中指速度的阈值，指距离的阈值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：①本发明的融合算法通过ARPA目标和AIS目标位置与运动参数判别是否融合，在有效弥补雷达探测盲区和AIS设备信号盲区前提下，减轻系统计算负担，易于工程实现；②本发明提高目标位置信息的精度与可靠性、进一步保障船舶航行安全。
附图说明
图1是本发明船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法的流程示意图。
图2是本发明ARPA和AIS目标融合匹配流程图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来的本发明专利的操作流程和工作方式做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其操作原理和工作流程但不能以此来限制本发明专利的保护范围。
如图1和图2所示，本实施例一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，通过ARPA目标和AIS目标位置与运动参数判别是否融合，该算法包括如下步骤：
第一步，接受系统融合功能开启请求；
第二步，检查并判别NMEA数据，如果无效，本次融合过程结束，如果有效，执行第三步，
第三步，计算本船运动参数，设置融合相关参数、，
第四步，遍历AIS目标，选择当前AIS目标，得到当前AIS目标相关参数；
第五步，遍历ARPA目标，计算ARPA目标运动参数及与AIS目标的位置、速度差值，判断是否融合，其执行过程包括如下步骤：
（51）接受处理相关数据：程序初始化，当同时具有ARPA目标和AIS目标的情况下，开始融合计算模块；
（52）遍历ARPA目标；
（53）由公式计算ARPA目标和AIS目标的位置差值，其中为N个ARPA目标与AIS目标的绝对位置差值，N为自然数，为AIS目标距离矢量，为ARPA目标距离矢量；
（54）遍历ARPA目标结束；
（55）比较得出中最小值，标记最近ARPA目标；
（56）由公式判断位置参数是否符合融合条件，真，执行步骤（57），假，则本次数据处理结束，重新执行第一步；
（57）由公式计算ARPA目标和AIS目标的速度差值，其中为最近ARPA目标与AIS目标的绝对速度差值，为AIS目标速度矢量， 为ARPA目标速度矢量；
（58）由公式判断AIS目标和最近APRA速度参数是否符合融合条件，真，执行步骤（591），假，则本次数据处理结束，重新执行第一步；
（591）检查最近ARPA目标是否变化，如有变化，本次数据处理结束，重新执行第一步，否则执行步骤（592）；
（592）是否循环6次，是，执行步骤（593），否，执行步骤（52）；
（593）标记融合状态；
第六步，判断AIS目标是否遍历完成，是，更新目标的显示方式，否，执行第四步；
第七步，本次数据处理结束，重新执行第一步。
作为优选，本实施例中所述（速度的阈值）的选择依托于经验数据库，根据目标运动速度，选取合适的阈值，所述为当前AIS目标发送速度的1%~5%；（距离的阈值）为AIS目标最近ARPA目标波门大小的1.5倍。
譬如当前ARPA捕获三个目标，屏幕有一个AIS目标显示，先遍历三个ARPA目标，找出与AIS目标距离最近的ARPA目标，通过距离差值判断是否小于融合的阈值，如果不小于，都不融合，小于的话再计算速度参数之差是否小于阈值，同时都小于，目标融合。
例如：AIS目标1参数：速度20节 距离本船3nm 方位10度，
ARPA目标1参数：速度10节 距离本船3nm 方位35度，
ARPA目标2参数：速度19.1节 距离本船2.9nm 方位9.7度，
ARPA目标3参数：速度11节 距离本船5nm 方位9.7度，
1.系统打开融合功能；
2.检查是否接收到AIS数据，得到数据AIS目标1参数，且目标参数有效；
3.分别计算ARPA目标1、2、3和AIS目标1的距离差，得到ARPA目标2距离AIS目标最近；
4.判断最近的目标矢量差值的模是否小于当前ARPA目标波门大小的1.5倍；ARPA目标2满足条件；
5.计算ARPA2和AIS1 的速度矢量差的是否小于速度阈值（取5%），满足条件；
6.AIS目标1与ARPA目标2融合，为同一目标。
在本实施例一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法的运行过程中，需要判断最近的ARPA目标是否有变化，若最近的ARPA目标有变化则执行第七步，若最近的ARPA目标无变化则执行步骤（592）。
综上所述，本发明一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法通过ARPA目标和AIS目标位置与运动参数判别是否融合，在有效弥补雷达探测盲区和AIS设备信号盲区前提下，减轻系统计算负担，易于工程实现。
Claims (3)
1.一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，其特征在于，通过ARPA目标和AIS目标位置与运动参数判别是否融合，该算法包括如下步骤：
第一步，接受系统融合功能开启请求；
第二步，检查并判别NMEA数据，如果无效，本次融合过程结束，如果有效，执行第三步，
第三步，计算本船运动参数，设置融合相关参数、，
第四步，遍历AIS目标，选择当前AIS目标，得到当前AIS目标相关参数；
第五步，遍历ARPA目标，计算ARPA目标运动参数及与AIS目标的位置、速度差值，判断是否融合，其执行过程包括如下步骤：
（51）接受处理相关数据：程序初始化，当同时具有ARPA目标和AIS目标的情况下，开始融合计算模块；
（52）遍历ARPA目标；
（53）由公式计算ARPA目标和AIS目标的位置差值，其中为N个ARPA目标与AIS目标的绝对位置差值，N为自然数，为AIS目标距离矢量，为ARPA目标距离矢量；
（54）遍历ARPA目标结束；
（55）比较得出中最小值，标记最近ARPA目标；
（56）由公式判断位置参数是否符合融合条件，真，执行步骤（57），假，则本次数据处理结束，重新执行第一步；
（57）由公式计算ARPA目标和AIS目标的速度差值，其中为最近ARPA目标与AIS目标的绝对速度差值，为AIS目标速度矢量， 为ARPA目标速度矢量；
（58）由公式判断AIS目标和最近APRA速度参数是否符合融合条件，真，执行步骤（591），假，则本次数据处理结束，重新执行第一步；
（591）检查最近ARPA目标是否变化，如有变化，本次数据处理结束，重新执行第一步，否则执行步骤（592）；
（592）是否循环6次，是，执行步骤（593），否，执行步骤（52）；
（593）标记融合状态；
第六步，判断AIS目标是否遍历完成，是，更新目标的显示方式，否，执行第四步；
第七步，本次数据处理结束，重新执行第一步。
2.根据权利要求1所述的一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，其特征在于，所述为当前AIS目标发送速度的1%~5%。
3.根据权利要求1所述的一种船用雷达ARPA目标与AIS目标融合算法，其特征在于，所述为AIS目标最近ARPA目标波门大小的1.5倍。
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