CN108020831A - 一种智能海事跟踪雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能海事跟踪雷达，所述智能海事跟踪雷达用于控制光电摄像头进行目标跟踪，所述光电摄像头设置在云台上，所述智能海事跟踪雷达包括：雷达收发天线、微波收发机、伺服系统、主服务器和导航仪；所述主服务器与所述伺服系统连接，所述伺服系统与所述微波收发机连接，所述微波收发机与所述雷达收发天线连接；所述主服务器与所述导航仪连接；所述导航仪用于获取获取船舶的位置信号和速度信号。本发明结合光学和微波的互补特性，能很好地解决光电摄像头受气候影响大、目标搜索缓慢吃力的问题，让光电摄像头的功能得到最大程度的发挥。
Description
技术领域
本发明涉及雷达领域，特别是涉及一种智能海事跟踪雷达。
背景技术
海上执法、协调指挥、搜救打捞、国防巡逻等水上公务场合，以及一些特定水面监视区域，带云台控制的光机电摄像头可以发挥重要的作用，例如取证、观察、监控等，一般会使用激光摄像头、可见光/红外摄像头、热成像摄像头等一种或者同时使用几种摄像头来实现对区域或目标的观测。
摄像头属于光学器件，其优点是画面细节丰富、便于观察，但光学设备穿透性差、受气候的影响严重，而且云台转速较慢，做不到全天候、全方位无死角的实时监视，一旦被监视目标从画面上消失，在气候环境不佳的情况下，有时很难再搜索回原跟踪目标，自然无法再对其拍摄存储。当水面船只或物标繁多、气候不佳的情况下，对特定目标的搜索变得十分困难，影响了摄像头的使用效果。
海事雷达利用微波技术，其对水雾的穿透性更强，能够在水面上发现并跟踪目标。海事雷达的目标跟踪(ARPA)功能，能够手动捕获多个目标，或者设定特定区域自动捕获目标，然后对捕获的目标进行自动跟踪，输出目标的编号、位置、速度、航向等航迹数据。雷达可以做到实时360°全方位，并基本不受雨雾等天气影响，但是微波雷达的成像效果比较抽象，没有光学成像那么具体直观形象。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能海事跟踪雷达，提高在恶劣环境下的海上目标跟踪的准确率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种智能海事跟踪雷达，所述智能海事跟踪雷达用于控制光电摄像头进行目标跟踪，所述光电摄像头设置在云台上，所述所述智能海事跟踪雷达包括：雷达收发天线、微波收发机、伺服系统、主服务器和导航仪；所述主服务器与所述伺服系统连接，所述伺服系统与所述微波收发机连接，所述微波收发机与所述雷达收发天线连接；所述主服务器与所述导航仪连接；所述导航仪用于获取获取船舶的位置信号和速度信号。
可选的，所述智能海事跟踪雷达还包括：罗经仪，所述罗经仪用于获取船舶的方位信号，所述罗经仪与所述主服务器连接。
可选的，所述智能海事跟踪雷达还包括：自动识别系统，所述自动识别系统用于获取其他船舶的运动参数，所述自动识别系统与所述主服务器连接。
可选的，所述智能海事跟踪雷达还包括：姿态测试仪，所述姿态测试仪用于船舶的姿态信息；所述姿态测试仪与所述主服务器连接。
可选的，所述姿态信息包括：方位角、俯仰角、横滚角、挂高和位置。
可选的，所述智能海事跟踪雷达还包括：显示器，所述显示器与所述主服务器连接，所述主服务器在所述显示器上确定感兴趣目标，并控制光学摄像头跟踪所述感兴趣目标。
可选的，所述智能海事跟踪雷达还包括：鼠标键盘，所述鼠标键盘与所述主服务器连接。
可选的，所述智能海事跟踪雷达通过设定多边形定点位置来设定跟踪区域。
可选的，所述智能海事跟踪雷达通过以太网接口或UART串口来实现对所述光电摄像头的控制。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提出一种可以控制云台摄像头的智能海事跟踪雷达，能很好地解决光电摄像头受气候影响大、目标搜索缓慢吃力的问题，让光电摄像头的功能得到最大程度的发挥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明智能海事跟踪雷达的实施例1的结构图；
图2为本发明智能海事跟踪雷达的实施例2的结构图；
图3为雷达观察点和摄像头观察点的坐标转换示意图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种智能海事跟踪雷达，结合光学和微波的互补特性，能很好地解决光电摄像头受气候影响大、目标搜索缓慢吃力的问题，让光电摄像头的功能得到最大程度的发挥。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本发明提供的智能海事跟踪雷达用于控制光电摄像头进行目标跟踪，所述光电摄像头设置在云台上。图1为本发明智能海事跟踪雷达的实施例1的结构图。如图1所示，所述智能海事跟踪雷达包括：
主服务器1、伺服系统2、微波收发机3、雷达收发天线4和导航仪5；主服务器1与伺服系统2连接，伺服系统2与微波收发机3连接，微波收发机3与雷达收发天线4连接；主服务器5与导航仪5连接；导航仪5用于获取获取船舶的位置信号和速度信号。
本发明根据雷达，能够手动捕获多个目标，或者设定特定区域自动捕获目标，然后对捕获的目标进行自动跟踪，输出目标的编号、位置、速度、航向等航迹数据，以便牵引云台跟踪并聚焦光学摄像头，对选定目标进行光学拍摄记录。
实施例2
本发明提供的智能海事跟踪雷达用于控制光电摄像头进行目标跟踪，所述光电摄像头设置在云台上。图2为本发明智能海事跟踪雷达的实施例1的结构图。如图2所示，所述智能海事跟踪雷达包括：
主服务器1、伺服系统2、微波收发机3、雷达收发天线4、导航仪5、罗经仪6、自动识别系统7、姿态测试仪8；主服务器1与伺服系统2连接，伺服系统2与微波收发机3连接，微波收发机3与雷达收发天线4连接；主服务器5与导航仪5连接；导航仪5用于获取获取船舶的位置信号和速度信号。
罗经仪6用于获取船舶的方位信号，罗经仪6与主服务器1连接。
自动识别系统7(Association forInformation Systems，AIS)用于获取其他船舶的运动参数。
姿态测试仪8用于船舶的姿态信息；姿态测试仪8与主服务器1连接。所述姿态信息包括：方位角、俯仰角、横滚角、挂高和位置。可选的，姿态测试仪8为三天线的卫星罗经仪。
所述智能海事跟踪雷达还包括：显示器9，显示器9与主服务器1连接，主服务器1在显示器9上确定感兴趣目标，并控制光学摄像头跟踪所述感兴趣目标。
所述智能海事跟踪雷达还包括：鼠标键盘10，鼠标键盘10与主服务器1连接。鼠标键盘10用于手动输入目标的大致位置。
所述智能海事跟踪雷达通过设定多边形定点位置来设定跟踪区域。
所述智能海事跟踪雷达通过以太网接口或UART串口来实现对所述光电摄像头的控制。
雷达要对目标进行跟踪，需要罗经仪6提供方位、导航仪5提供位置，另外AIS提供目标主动发送的航迹数据，用于和目标跟踪(TT)进行融合，提高对目标跟踪的可靠性，同时为了对摄像头的俯仰进行控制，需要获得船体的姿态，比如，三天线的卫星罗经仪就可以获得船舶的俯仰参数，当然也可以用其它的船舶姿态测试仪。智能海事雷达通过网络或者RS422/485串口来控制光机电摄像头的方位、俯仰和聚焦等，达到摄像跟踪目的。
雷达是目标跟踪的物理基础，微波收发机3产声雷达信号，由雷达收发天线4发射出去，然后又由雷达收发天线4接收回波信号，并在显示器9上显示。海杂波指的是海浪反射引起的杂波，可以通过衰减近端的回波信号、杂波抑制等手段来实现；雨杂波指的是由于气候因素引起的反射，包括水汽云团、雨雪雾等，在回波上表现为大片的回波区域。由于回波信号包含海杂波和雨杂波，因此需要对回波信号进行处理。主服务器1包含海事雷达重要的海杂波和雨杂波的抑制等处理技术，通过微分、基底差分等技术，可以削弱其影响。
主服务器1将回波信号处理后在显示器9上进行显示，用户可以选择一个被跟踪的目标(手动或自动跟踪的首个目标)，将编号、位置、速度、航向等信息传递给主服务器1，主服务器1发出控制命令牵引云台跟踪并聚焦摄像头，对选定目标进行光学拍摄记录。
目标跟踪是智能海事跟踪雷达的最重要的功能，雷达手动捕获或设定区域自动捕获目标，然后跟踪目标，获得目标的编号、位置、速度、航向、最近汇聚时间(TCPA)和最近汇聚点(CPA)等避碰数据。船上的AIS系统能被动接收他船的海上移动通信业务标识(MMSI)、位置、速度、航向等信息，也可以参与目标跟踪。智能海事跟踪雷达的跟踪单元能够对TT和AIS信息进行融合，根据目标位置、速度、航向信息，对一致的目标做出同一个目标的判决，输出三类信息，既有AIS又有TT的融合目标，仅TT的目标和仅AIS的目标，从而提高目标跟踪的可靠性。
云台和摄像头控制单元接收跟踪单元的目标信息、船舶姿态的俯仰信息，甚至摄像头的图像，通过粗调和细调两个过程来控制云台，其中粗调过程由雷达目标的方位确定云台的方位，雷达目标的距离确定云台的焦距，船体的姿态确定云台的俯仰；细调则通过摄像头的清晰度来微调焦距，目标成像是否位于中心来微调方位，并根据目标和本船的移动，来不停地调整摄像头云台和焦距，使得摄像头能够精确跟踪对准选定的目标，进行拍摄记录。
由于雷达天线是随着伺服系统2带着雷达接收天线4转动扫描的，整圈成像的刷新时间就是雷达的扫描时间，它是离散的而不是连续的，雷达TT目标的更新时间就是雷达扫描时间；另外，AIS的发送间隔时间则比较长，而且一般和发送消息的船速相关，因此存在AIS和雷达TT的时间同步问题；而对摄像头的控制希望能做到比较连贯，而不是跳跃抖动的过程，因此需要根据目标跟踪单元的输出结果，对云台控制进行平滑和插值拟合滤波，是一个优化控制过程。
由于船舶是摇晃的，需要方位和俯仰都可以控制的云台，通过获知船舶的姿态可以补偿摄像头俯仰角度的偏移。云台的水平方向通过雷达跟踪单元的目标方位来控制，俯仰则船体姿态的测量感知来控制，聚焦则通过跟踪目标的距离来做距离-放大倍数的标校来实现，这是一个开环的粗调过程，通过成像是否清晰，拍摄目标是否位于中心，可以进行云台细调，实现比较好的成像效果。
由于雷达观察点和摄像头的观察点不同，需要做坐标转换。图3为雷达观察点和摄像头观察点的坐标转换示意图。如图3所示，
假设雷达天线在位置o，光电摄像头在位置m，假如在雷达天线的坐标系下为(xm，ym)，有目标t，在雷达天线的坐标系下为(xt，yt)，则目标t在光电摄像头m下的坐标为(xˊt，yˊt)，则两者的关系为：
xˊt＝xt–xm
yˊt＝yt–ym。
另外，还可以设置专用的服务器，对摄像头拍摄的视频和照片进行记录，同时可记录AIS和TT跟踪的目标航迹信息，以便事后查证。
同时，如果有外部网络接入条件，可以将存储的数据传递至控制中心。
本发明提供的控制云台摄像头的智能海事跟踪雷达，具有以下特点：
1、通过手动捕获或设定监视区域自动捕获目标，并对目标进行跟踪，获得目标跟踪(TT)的编号、位置、速度、航向等航迹信息。
2、接收并显示自动识别系统(AIS)信号，作为雷达目标跟踪(TT)的补充，TT和AIS共同构成雷达主动和被动识别目标船只的信息来源。
3、对TT和AIS的航迹数据进行融合处理，根据位置、速度、航向等数据，对于两者一致的目标判别为同一个目标，从而获得三类数据，即TT+AIS融合目标，单独的TT目标，以及单独的AIS目标。
4、根据TT的扫描周期对AIS的信息进行内插滤波，获得以雷达扫描周期为时间基准的统一的目标时基。
5、通过有效的海浪抑制和雨雾抑制算法，提高TT的检测概率，降低TT虚警概率。
6、支持任意多边形的监控区域，通过设定多边形顶点位置来设定跟踪的区域。
7、通过控制光机电摄像头的云台，根据目标的方位牵引摄像头快速转动到感兴趣目标的方位上，根据目标的距离，通过调焦，让摄像头焦距对准雷达跟踪的目标。
8、通过目标的方位和距离，控制云台对雷达跟踪目标进行粗调，进一步可以结合成像效果，对方位和焦距进行细调，以达到最佳的成像效果为准则。
9、支持在雷达显示器上直接选定感兴趣的目标，由雷达控制光学摄像头聚焦至该目标上，进行拍摄监控的工作。
10、根据雷达观测点和摄像头观测点的位置不同，进行坐标变换，以消除控制误差。
11、由于目标航迹数据是和雷达扫描时间相关的离散值，而云台的控制最好是连续跟踪的方式，控制云台智能海事跟踪雷达支持对光电摄像头控制的平滑滤波，以实现摄像头的平稳控制。
12、支持对船体姿态的输入，控制光电摄像头云台的俯仰角，以补偿船体摇晃对摄像头聚焦的影响。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达用于控制光电摄像头进行目标跟踪，所述光电摄像头设置在云台上，所述所述智能海事跟踪雷达包括：雷达收发天线、微波收发机、伺服系统、主服务器和导航仪；所述主服务器与所述伺服系统连接，所述伺服系统与所述微波收发机连接，所述微波收发机与所述雷达收发天线连接；所述主服务器与所述导航仪连接；所述导航仪用于获取获取船舶的位置信号和速度信号。
2.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达还包括：罗经仪，所述罗经仪用于获取船舶的方位信号，所述罗经仪与所述主服务器连接。
3.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达还包括：自动识别系统，所述自动识别系统用于获取其他船舶的运动参数，所述自动识别系统与所述主服务器连接。
4.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达还包括：姿态测试仪，所述姿态测试仪用于船舶的姿态信息；所述姿态测试仪与所述主服务器连接。
5.根据权利要求4所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述姿态信息包括：方位角、俯仰角、横滚角、挂高和位置。
6.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达还包括：显示器，所述显示器与所述主服务器连接，所述主服务器在所述显示器上确定感兴趣目标，并控制光学摄像头跟踪所述感兴趣目标。
7.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达还包括：鼠标键盘，所述鼠标键盘与所述主服务器连接。
8.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达通过设定多边形定点位置来设定跟踪区域。
9.根据权利要求1所述的智能海事跟踪雷达，其特征在于，所述智能海事跟踪雷达通过以太网接口或UART串口来实现对所述光电摄像头的控制。
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