CN109001695A - 一种利用多源雷达远程监控的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用多源雷达远程监控系统，包括收集信息的数据接收模块，数据接收模块接收数据信息后并将数据信息传送至数据处理模块，处理后的数据信息传输到网络传输模块进行远程传输处理，网络远程传输后的数据信息进入信息处理模块进行处理，信息处理模块处理后的信息传输至监控模块实现远程监测控制，多源雷达远程监控系统的方法为步骤100、若干传感器获取多源信息后经过最优传感选择模得到最优的传感器子集；步骤200、根据上述得到的最优的传感器子集进行因子图框架的构建；步骤300、在多源信息融合算法的处理过程的同时进行传感器的故障检测；步骤400、对监控控程参数进行评估并给出评估后的结果，本发明集成度高，智能化程度强。

Description

一种利用多源雷达远程监控的方法及系统

技术领域

本发明涉及雷达监控技术领域，具体为一种利用多源雷达远程监控的方法及系统。

背景技术

随着计算机技术、通信技术和微电子技术的发展，各种复杂背景下的多源信息大量出现，迫使人们对多种传感器和不同信源进行有效集成，提高信息处理的自动化程度。在20世纪70年代多源信息出现并迅速发展。

多源信息是针对多类的信息源或者多个传感器系统展开的一类信息处理的方法，又称为多源关联，多源合成，传感器集成或者多传感融合，更广泛地说就是多源信息融合或多传感器信息融合。融合的过程又分为利用计算机技术按照时序获得若干传感器测量信息在一定的准则下加以自动分析，优化并综合完成所需要的决策以及估计任务而进行的信息处理的过程。各种传感器是信息融合的基础，多源信息融合加工对象协调优化综合处理是信息融合的核心。所谓地信息融合就是将来自多源或多传感器进行综合处理，从而得出更准确可靠的结论。

雷达检测技术实质上是一种高频电磁波发射与接收技术。雷达波由自身激振产生，直接向路面路基发射射频电磁波，通过波的反射与接收获得路面路基的采样信号，再经过硬件、软件及图文显示系统得到检测结果。雷达所用的采样频率一般为数兆赫(MHz)，而发射与接收的射频频率有的要达到吉赫(GHz)以上。雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和终端设备(计算机)等组成。雷达监控的含义是利用雷达技术监测并控制。雷达监控的种类与雷达获取信息的传感器以及信息处理分析模块有关，将多源信息融合技术应用到雷达监控利用雷达的精确监测以及多源信息处理的高自动化以及准确可靠的特性，满足监控过程的高集成度，高智能化。

现有的雷达监控仍然存在以下缺陷：

现有的雷达监控多为专用雷达即测速雷达仅为测速使用，地理监测雷达仅为地理监测使用，一个雷达监控系统服务于一个项目，雷达集成度不高，不能解决单个雷达处理多种监控以及选择控制的难题，不符合如今高级程度高智能化的发展趋势。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种利用多源雷达远程监控的方法及系统，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用多源雷达远程监控系统，包括收集信息的数据接收模块，所述数据接收模块接收数据信息后并将数据信息传送至数据处理模块中进行数据预处理，处理后的数据信息传输到网络传输模块进行远程传输处理，网络远程传输后的数据信息进入信息处理模块进行信息处理，所述信息处理模块处理后的信息传输至监控模块进行远程监测控制处理。

进一步地，所述数据接收模块包括雷达发射设备与雷达接收设备，所述雷达发射设备包括若干传感器，若干传感器检测到的非电量经过发射电路传送到发射天线，并且检测信号通过发射天线以电磁波的形式向外辐射，所述雷达接收设备包括接收天线，接收天线受接收电路控制选择性接收发射天线发送的电磁波信号，实现数据接收功能。

进一步地，所述数据处理模块包括连接在所述雷达接收设备输出端的可编程放大器，所述可编程放大器将传输的信号按照比例放大至ADC的输入范围，符合范围的接收信号传输至AD转换模块，并且AD转换模块将采集的模拟电信号转换成计算机识别的数字信号。

进一步地，所述雷达发射设备、雷达接收设备、可编程放大器和AD转换模块共同连接在雷达电路控制模块上。

进一步地，所述信息处理模块包括网络报文处理模块，网络报文处理后的解析信息进入数据管理模块，所述数据管理模块对一些重要信息存储在数据库等待调用。

进一步地，所述监控模块包括监控显示主窗口，所述监控显示主窗口控制若干监控界面，若干监控界面可读取数据管理模块内的信息。

本发明还提供了一种利用多源雷达远程监控的方法，包括如下步骤：

步骤100、若干传感器获取多源信息后经过最优传感选择模块首先进行按照重要程度对传感器进行排序规则制定，其次对传感器进行三元树的扩展，综合分析之后得到最优的传感器子集；

步骤200、根据上述得到的最优的传感器子集进行因子图框架的构建，根据因子图框架构建进行异步信息融合算法处理；

步骤300、在多源信息融合算法的处理过程的同时进行传感器的故障检测，利用残差检测算法对硬件故障进行检测，再利用滑动残差检测算法对软件故障进行检测，遇到故障信息时，需要将对应故障的传感器忽略或者剔除，并且对于剔除后的剩余的传感器继续进行最优传感器子集选择；

步骤400、若果未检测到故障信息，按照正常监控操作，并且对监控控程参数进行评估并给出评估后的结果。

进一步地，最优的传感器子集构建的步骤为，将可用的若干传感器利用三元树候选传感器子集，再通过选定最终的树节点，计算量、能耗与精度等，选定最优传感器子集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过使用多源雷达代替传统的单一雷达并且利用多源信息融合技术实现雷达远程监控过程的高集成，高智能化，功能多样的功能，解决了现有的雷达监控多为专用雷达，一个雷达监控系统服务于一个项目，雷达集成度不高，不能解决单个雷达处理多种监控以及选择控制的难题，不符合如今高级程度高智能化的发展趋势的问题。

附图说明

图1为本发明远程监控系统示意图；

图2为本发明的数据接收模块与处理模块的示意图；

图3为本发明远程监控的方法示意图。

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。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种利用多源雷达远程监控系统包括收集信息的数据接收模块，所述数据接收模块接收数据信息后并将数据信息传送至数据处理模块中进行数据预处理，处理后的数据信息传输到网络传输模块进行远程传输处理，网络远程传输后的数据信息进入信息处理模块进行信息处理，所述信息处理模块处理后的信息传输至监控模块进行远程监测控制处理。

如图1所示，本发明中所述监控模块包括监控显示主窗口，所述监控显示主窗口控制若干监控界面，若干监控界面可读取数据管理模块内的信息。

如图2所示，本发明中所述数据接收模块包括雷达发射设备与雷达接收设备，所述雷达发射设备包括若干传感器，若干传感器检测到的非电量经过发射电路传送到发射天线，并且检测信号通过发射天线以电磁波的形式向外辐射，所述雷达接收设备包括接收天线，接收天线受接收电路控制选择性接收发射天线发送的电磁波信号，实现数据接收功能。

如图2所示，本发明中所述数据处理模块包括连接在所述雷达接收设备输出端的可编程放大器，所述可编程放大器将传输的信号按照比例放大至ADC的输入范围，符合范围的接收信号传输至AD转换模块，并且AD转换模块将采集的模拟电信号转换成计算机识别的数字信号。

如图2所示，本发明中所述雷达发射设备、雷达接收设备、可编程放大器和AD转换模块共同连接在雷达电路控制模块上。

本发明的具体实施过程是，多种雷达传感器进行收集信号，传感器可感知外界非电量绝大多数为物理量—力热电光磁等的变化，检测到的信号变化转换成电信号，电信号经过发射天线以电磁波的形式传输，为了便于传输保证信号的精度减少噪音干燥，发射天线对接收到的电信号进行调制处理，多为提高电信号的频率，进行调频处理。接收天线接收调制信号后需要进行解调，解调后进行相应滤波操作，获得有用的检测信号。

有用的电信号进入数据处理模块内，由可编程放大器将传感器收集的电信号按比例放大到适合ADC采集的范围。由于需要配合现在的USB、IP和其他通信链路趋势，所以FPGA增益功能用微控制器以数字方式来控制，一般选用二进制的放大方法。利用FPGA可编程的特性，大大提高了增益的控制精度，而且适用性广。放大后的信号进行AD转换，电信号形式的模拟信号无法被计算机识别，经过AD转换后的数字信号可以被计算机识别，转换后的数字信号传送到网络传送模块内。

远程传输的信号在进行监控之前还需要进行信息处理，其中的网络接口用于实现网络报文的收发操作，网络报文的处理以使用中相应具体的报文处理单元进行解析，解析的结果存储到数据管理单元中，数据管理单元用来存储所有设备基本信息，当前状态，参数信息等。数据库的接口单元将重要的数据存储在数据库中。监控显示的主窗口，是一种监控显示软件的人机界面，负责创建管理监控所有的页面，各个分系统的监控页面，第一可以读取设备状态的参数显示，第二根据用户的操作命令请求报文从网络接口处发送。

本发明将报文总的协议解析工作交给计算机软件，大大降低了调试的难度，因为嵌入式软件调试难度远远大于计算机的软件调试。计算机软件还可以获得原始的监控信息，增加页面显示和数据存储数据的详细程度。

网络传送模块中包括用以增设局域控制的上位机显示的局域网，通过局域的无线网络将采集的数字信号运送到局域网内再以上位机的形式展现再PC机上，但是为了远程监控操作单一的局域网显然无法实现。此时将局域网接入到以太网内，以太网以路由器将该网络分配到各个需要监控的站点。需要监控操作时，仅仅需要登录与局域网相同的IP号即可实现互联，满足远程监控的条件。

如图1所示，本发明中所述信息处理模块包括网络报文处理模块，网络报文处理后的解析信息进入数据管理模块，所述数据管理模块对一些重要信息存储在数据库等待调用。

如图3所示，本实施方式中提供了一种利用多源雷达远程监控的方法，包括如下步骤：

步骤100、若干传感器获取多源信息后经过最优传感选择模块首先进行按照重要程度对传感器进行排序规则制定，其次对传感器进行三元树的扩展，综合分析之后得到最优的传感器子集；

步骤200、根据上述得到的最优的传感器子集进行因子图框架的构建，根据因子图框架构建进行异步信息融合算法处理；

步骤300、在多源信息融合算法的处理过程的同时进行传感器的故障检测，利用残差检测算法对硬件故障进行检测，再利用滑动残差检测算法对软件故障进行检测，遇到故障信息时，需要将对应故障的传感器忽略或者剔除，并且对于剔除后的剩余的传感器继续进行最优传感器子集选择；

步骤400、若果未检测到故障信息，按照正常监控操作，并且对监控控程参数进行评估并给出评估后的结果。

假设整个多源雷达有n个传感器，首先需要对这些传感器进行最优子集选择。第一步要对传感器的高低等级排序，第二对传感器进行三元树扩展，综合分析后得到最优传感器子集。根据最优传感器的子集进行因子框图构建，过程中需要对硬件软件进行故障检测，最后评估得到评估结果。

如图3所示，最优的传感器子集构建的步骤为，将可用的若干传感器利用三元树候选传感器子集，再通过选定最终的树节点，计算量、能耗与精度等，选定最优传感器子集。

评选过程，第一，生成候选传感器子集，首先，在每个节点通过在子集中增加一个新的传感器来进行扩展，但最多生成三个子节点。每一个二级节点都包含了一个一级节点和一个新增的节点。对于新增的节点的选择而言，具有更高排名顺序的传感器更容易被选中。

第二步，合并候选传感器子集，本步骤是为了将具有相同子集的节点进行合并，避免出现重复的传感器组合。如，同一个父节点A，可能会生成两个子节点(A,B)和(A,C)，而当这两个子集作为父节点时，需要向下进一步生成子节点。这时，这两个父节点就可能会生成同一个子节点(A,B,C)。当出现重复传感器子集时，需要对重复子集进行合并处理。

第三步，修剪候选传感器子集，根据系统规定的上限阈值，对合并后的三元树进行修剪。上限阈值的设定是根据系统需求建立的指标。例如，上限阈值为3，即每一层只保留三个可能的传感器子集供选择，并用于生成下一级子节点，此时，排名情况更高的传感器更易被保留。经过了层层迭代，最后一层将只生成一个节点，代表了其包含了所有系统可用的传感器。

本发明的优点在于利用多源雷达的信息融合系统，改变了传统雷达的低集成，功能单一，智能化程度的的缺点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种利用多源雷达远程监控系统，其特征在于：包括收集信息的数据接收模块，所述数据接收模块接收数据信息后并将数据信息传送至数据处理模块中进行数据预处理，处理后的数据信息传输到网络传输模块进行远程传输处理，网络远程传输后的数据信息进入信息处理模块进行信息处理，所述信息处理模块处理后的信息传输至监控模块进行远程监测控制处理。

2.根据权利要求1所述的一种利用多源雷达远程监控系统，其特征在于：所述数据接收模块包括雷达发射设备与雷达接收设备，所述雷达发射设备包括若干传感器，若干传感器检测到的非电量经过发射电路传送到发射天线，并且检测信号通过发射天线以电磁波的形式向外辐射，所述雷达接收设备包括接收天线，接收天线受接收电路控制选择性接收发射天线发送的电磁波信号，实现数据接收功能。

3.根据权利要求1所述的一种利用多源雷达远程监控系统，其特征在于：所述数据处理模块包括连接在所述雷达接收设备输出端的可编程放大器，所述可编程放大器将传输的信号按照比例放大至ADC的输入范围，符合范围的接收信号传输至AD转换模块，并且AD转换模块将采集的模拟电信号转换成计算机识别的数字信号。

4.根据权利要求2或3所述的一种利用多源雷达远程监控系统，其特征在于：所述雷达发射设备、雷达接收设备、可编程放大器和AD转换模块共同连接在雷达电路控制模块上。

5.根据权利要求1所述的一种利用多源雷达远程监控系统，其特征在于：所述信息处理模块包括网络报文处理模块，网络报文处理后的解析信息进入数据管理模块，所述数据管理模块对一些重要信息存储在数据库等待调用。

6.根据权利要求1所述的一种利用多源雷达远程监控系统，其特征在于：所述监控模块包括监控显示主窗口，所述监控显示主窗口控制若干监控界面，若干监控界面可读取数据管理模块内的信息。

7.一种利用多源雷达远程监控的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤100、若干传感器获取多源信息后经过最优传感选择模块首先进行按照重要程度对传感器进行排序规则制定，其次对传感器进行三元树的扩展，综合分析之后得到最优的传感器子集；

步骤200、根据上述得到的最优的传感器子集进行因子图框架的构建，根据因子图框架构建进行异步信息融合算法处理；

步骤300、在多源信息融合算法的处理过程的同时进行传感器的故障检测，利用残差检测算法对硬件故障进行检测，再利用滑动残差检测算法对软件故障进行检测，遇到故障信息时，需要将对应故障的传感器忽略或者剔除，并且对于剔除后的剩余的传感器继续进行最优传感器子集选择；

步骤400、若果未检测到故障信息，按照正常监控操作，并且对监控控程参数进行评估并给出评估后的结果。

8.根据权利要求7所述的一种利用多源雷达远程监控的方法，其特征在于：最优的传感器子集构建的步骤为，将可用的若干传感器利用三元树候选传感器子集，再通过选定最终的树节点，计算量、能耗与精度等，选定最优传感器子集。