CN111260900A - 一种基于浮标的多体制异构数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于浮标的多体制异构数据处理系统，用于实现海洋探测领域数据的融合处理。基于浮标的多体制异构数据处理系统，包括：探测子系统，包括水面探测模块和水下探测模块，用于通过水面探测模块和水下探测模块获取探测范围内的、多体制异构探测数据并发送给信息处理子系统，通信子系统包括水面通信模块和水下通信模块；信息处理子系统，包括挂载于浮标上的异构信号处理机，用于对接收到的多体制异构探测数据进行分析处理，从各多体制异构探测数据中分别提取数据特征信息；利用数据融合技术识别目标对象及其类型；向控制子系统输出目标对应识别结果；控制子系统，用于任务调度、能力管控、应用场景切换、系统状态上报、数据存储及转发等功能控制。

Description

一种基于浮标的多体制异构数据处理系统

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及一种基于浮标的多体制异构数据处理系统。

背景技术

多体制异构数据与普通同构数据相比，具备如下五个差异化特点：

1.生成平台：数据的产生可能来源于同一系统多类平台，也可能来自多个系统不同类型平台；

2.结构类型：数据结构包括结构化、半结构化、非结构化数据；

3.数据大小：数据生成平台不同，数据大小会存在很大差别；

4.数据质量：不同平台生成的数据质量参差不齐，质量不一；

5.数据格式：平台不同，数据传输信道不同，数据格式也会有差异。

目前对多体制异构融合系统的研究，大部分涉及大数据及数据融合技术，并且在航空、金融、电子信息、网络技术等领域均有具体应用，应用于海洋探测领域相对较少，如何实现海洋探测领域数据的融合处理成为现有技术中亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明实施例提供一种基于浮标的多体制异构数据处理系统，用于实现海洋探测领域数据的融合处理。

本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统，包括探测子系统、通过水面浮标搭载的通信子系统、信息处理子系统和控制子系统，所述探测子系统包括水面探测模块和水下探测模块，所述通信子系统包括水面通信模块和水下通信模块，其中：

所述探测子系统，用于通过所述水面探测模块和水下探测模块获取探测范围内的、多体制异构探测数据；将获取的多体制异构探测数据发送给所述信息处理子系统；

所述通信子系统，用于通过水面通信模块和水下通信模块进行系统水上、水下的信息交互与数据通信共享；

所述信息处理子系统，包括挂载于浮标上的异构信号处理机，用于对接收到的多体制异构探测数据进行分析处理，从各多体制异构探测数据中分别提取数据特征信息；根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术识别目标对象及其类型；向所述控制子系统输出目标对应识别结果；

所述控制子系统，用于系统任务调度、能力管控和应用场景切换，根据接收到的目标对象识别结果向岸基数据中心进行状态上报。

在一个实施例中，所述水面探测模块包括以下至少一种：水面光电设备、雷达和卫星遥感设备；所述水下探测模块包括水听器阵列和磁探设备；所述水面探测模块包括小型探测设备和大型探测设备，其中，小型探测设备搭载在所述浮标本体上，所述大型探测设备布设于岸端，水听器阵列挂载在浮标下端或者布放于浮标下端海底。

在一个实施例中，所述水面通信模块包括以下至少一种：卫星通信设备、L波段无线通信终端、短波通信设备；所述水下通信模块包括水声通信机和蓝绿光通信设备；其中，所述浮标本体搭载有所述水面通信模块，所述水声通信机和蓝绿光通信设备挂载在所述浮标本体下端。

在一个实施例中，所述信息处理子系统，还用于根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术确定所述目标对象的方位信息和方向信息；根据确定出的所述目标对应的方位信息和方向信息对所述目标对象的航迹进行跟踪。

在一个实施例中，所述信息处理子系统，具体用于根据预先建立的目标识别库，如果判断出识目标对象存在于所述目标识别库的白名单中，则不进行状态上报；以及根据预设任务需求判断是否需要对所述目标对象进行航迹跟踪。

在一个实施例中，所述信息处理子系统，具体用于如果判断出所述目标对象存在于所述目标识别库的黑名单中，则确定所述目标对象为威胁目标对象；通知所述控制子系统上报威胁警报，并持续获取所述目标对象的方位信息和方向信息，跟踪所述目标对象的航迹并发送给所述控制子单元，由所述控制子单元上报给所述岸基数据中心。

在一个实施例中，所述信息处理子系统，具体用于如果判断出所述目标对象既不存在于所述目标识别库的白名单中，也不存在所述目标对象的黑名单中，则确定所述目标对象为可疑目标对象；通知所述控制子系统上报预警信息，并持续获取所述目标对象的方位信息和方向信息，跟踪所述目标对象的航迹并发送给所述控制子单元，由所述控制子单元上报给所述岸基数据中心。

在一个实施例中，所述基于浮标的多体制异构数据处理系统，还包括：

能源子系统，所述能源子系统用于为所述探测子系统、通过水面浮标搭载的通信子系统、信息处理子系统和控制子系统供能，所述能源子系统包括以下至少一种：太阳能电池板、小型蓄电池和波浪能发电设备。

在一个实施例中，所述基于浮标的多体制异构数据处理系统，还包括：

存储子系统，所述存储子系统用于存储所述多体制异构探测数据以及所述信息处理子系统对所述多体制异构探测数据进行分析处理得到的数据。

在一个实施例中，所述存储子系统包括磁盘阵列，所述磁盘阵列搭载于所述浮标上。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述基于浮标的多体制异构数据处理系统，通过浮标搭载通信子系统、信息处理子系统和控制子系统，探测子系统将各探测模块获取的多体制异构数据传输给信号处理子系统，信息处理子系统从各多体制异构探测数据中分别提取数据特征信息；根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术识别目标对象及其类型，由控制子系统根据接收到的目标对象识别结果向岸基数据中心进行状态上报，上述过程中，集成了多体制异构数据探测模块，增加了目标探测手段，提高了系统目标探测能力，通过浮标节点进行数据交互，实现水面水下数据互通，扩大了通信范围，通过信息处理子系统实现数据融合处理分析，提高了探测结果的可信度。

附图说明

图1为本发明实施例的基于浮标的多体制异构数据处理系统结构示意图；

图2为本发明实施例的基于浮标的多体制异构数据处理系统对水面威胁目标多体制探测跟踪示意图；

图3为根据本发明实施例的空海跨域通信结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

对多体制异构数据进行融合处理，可有效结合各体制数据特点，凸显融合信息优势，有利于系统对数据信息的充分利用。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种应用于海洋探测领域的基于浮标的多体制异构数据处理系统，如图1所示，所述基于浮标的多体制异构数据处理系统包括探测子系统11、通过水面浮标搭载的通信子系统12、信息处理子系统13和控制子系统14，所述探测子系统11包括水面探测模块和水下探测模块，所述通信子系统12包括水面通信模块和水下通信模块，其中：

所述探测子系统11，用于通过所述水面探测模块和水下探测模块获取探测范围内的、多体制异构探测数据；将获取的多体制异构探测数据发送给所述信息处理子系统13；

所述通信子系统12，用于通过水面通信模块和水下通信模块进行系统水上、水下的信息交互与数据通信共享；

所述信息处理子系统13，包括挂载于浮标上的异构信号处理机，用于对接收到的多体制异构探测数据进行分析处理，从各多体制异构探测数据中分别提取数据特征信息；根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术识别目标对象及其类型；向所述控制子系统14输出目标对应识别结果；

所述控制子系统14，用于系统任务调度、能力管控和应用场景切换，根据接收到的目标对象识别结果向岸基数据中心进行状态上报。

具体实施时，控制子系统14还可以用于系统状态上报、数据存储及转发等功能控制等。

具体实施时，水面探测模块包括以下至少一种：水面光电设备、雷达和卫星遥感设备；水下探测模块包括水听器阵列和磁探设备；其中，水下探测以水听器阵列为主，辅以磁探设备。水面探测模块包括小型探测设备和大型探测设备，其中，小型探测设备搭载在所述浮标本体上，所型探测设备布设于岸端，水听器阵列挂载在浮标下端或者布放于浮标下端海底。

具体实施时，水面通信模块包括以下至少一种：卫星通信设备、L波段无线通信终端、短波通信设备；水下通信模块包括水声通信机和蓝绿光通信设备；其中，浮标本体搭载有所述水面通信模块，水声通信机和蓝绿光通信设备挂载在浮标本体下端。

水面通信平时以卫星通信为主，通过浮标搭载卫星通信设备，可与机载终端、船载终端、岸基终端设备进行远距离通信；L波段无线通信主要应用于应急通信和关键任务通信，可应对海上小区域战时应急通信问题；短波通信主要应用于战时远距离应急通信。

水下通信以水声通信为主，水声通信机挂载在浮标本体下端，可与水下其他搭载水声通信机的平台进行数据交互，通信距离可达10km；蓝绿光通信主要应用于近距离高速保密通信。

具体实施时，各探测设备各自采集自身覆盖范围内的探测数据发送给信息处理子系统，由于不同探测设备采集的探测数据的数据类型、数据信息以及数据量等参数均不相同，因此，信息处理子系统接收到的数据为多体制异构探测数据。

信息处理子系统13主要依托于搭载在浮标本体上的异构信号处理机实现多体制异构数据处理功能。信息处理子系统根据预设任务需求，从接收到的多体制异构探测数据中提取数据特征信息，利用数据融合技术对从各个探测设备采集的探测数据中提取的数据特征信息进行融合，比较融合结果和预先存储的目标对象对应的数据特征信息，以识别其中是否包含目标对象及其类型。

在一种实施方式中，信息处理子系统，还用于根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术确定目标对象的方位信息和方向信息；根据确定出的目标对应的方位信息和方向信息对目标对象的航迹进行跟踪。

本发明实施例中，根据预先建立的目标对象库判断识别出的目标对象的类型。其中，目标对象库包括黑名单和白名单，如果判断出目标对象存在于白名单中，则确定识别出的目标对象对应的类型为安全目标对象，如果判断出目标对象存在于黑名单中，则确定识别出的目标对象对应的类型为威胁目标对象，如果判断出目标对象既不存在于白名单中，也不存在于黑名单中，则确定识别出的目标对象对应的类型为可疑目标对象。

对于不同类型的目标对象，本发明实施例中，采取不同的处理方式。其中，对于安全目标对象，无需进行状态上报，只需根据预设任务需求判断是否需要对目标对象进行监测和航迹跟踪，如果需要，则通知探测子系统持续采集目标对应的探测数据发送给信息处理子系统，由信息处理子系统进行分析处理后得到其对应的航迹，由此实现目标对象的航迹跟踪。对于威胁目标对象，信息处理子系统通知控制子系统向岸基数据中心上报威胁警报，并通知探测子系统持续采集该威胁目标对象的探测数据，对采集的探测数据进行分析处理以获取其方向信息和方位信息，根据获取的方向信息和方位信息确定威胁目标对象的航迹以实现对威胁目标对象的航迹进行跟踪，并将得到的威胁目标对象的方向信息、方位信息和航迹等发送给控制子单元，由控制子单元上报给岸基数据中心。对于可疑目标对象，信息处理子系统通知控制子系统向岸基数据中心上报预警信息，并通知探测子系统持续采集该可疑目标对象的探测数据，对采集的探测数据进行分析处理以获取其方向信息和方位信息，根据获取的方向信息和方位信息确定可疑目标对象的航迹以实现对可疑目标对象的航迹进行跟踪，并将得到的可疑目标对象的方向信息、方位信息和航迹等发送给控制子单元，由控制子单元上报给岸基数据中心。

具体实施时，本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统还可以包括能源子系统15，用于为探测子系统11、通信子系统12、信息处理子系统13和控制子系统14供能，能源子系统包括以下至少一种：太阳能电池板、小型蓄电池和波浪能发电设备。通过搭载的能源子系统，浮标可疑进行能源获取即储存，从而具备自主产能及储能的能力，确保为系统设备提供能源保障。

本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统还可以包括存储子系统16，用于存储探测子系统获取的探测数据以及信息处理子系统对探测数据进行分析处理得到的数据等，具体实施时，浮标可以通过搭载磁盘阵列实现数据存储功能。

具体实施时，控制子系统，还可以用于任务调度、能力管控、应用场景切换、系统状态上报、数据存储及转发等功能控制。通过控制子系统，可根据任务需求，对任务调度策略进行相关调整控制；根据系统设备状态及任务需求，对能源系统进行调控；根据应用实际进行场景切换；根据系统通信信息及探测数据处理结果，进行系统状态上报；根据任务需求进行相关数据存储、覆盖、转发等。

本发明实施例中，利用浮标作为水面平台，通过系统设备集成化和数据信息融合处理，在浮标布设海域实现水面、水下多体制异构数据融合处理，实现水面、水下信息交互。另一方面，浮标作为系统集成化搭载平台，支撑系统在海面上长期持续运转，实现系统部署海域水面及以上通信信息、探测数据，以及水下通信、探测信息的接收、处理、分析、存储、转发。

本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统，集成探测、通信、数据处理等功能模块，使系统具备水面、水下多体制跨域探测、通信能力；集成多体制异构信号处理模块，可处理不同探测设备、通信设备获取的多体制异构数据信息；针对同一批次目标的多体制探测数据，可实现数据信息融合处理分析。

为了更好地理解本发明，以下结合具体实施例对本发明的实施过程进行说明。

以下以本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统应用于水面威胁目标多体制探测跟踪中为例进行说明。基于浮标的多体制异构融合系统实地部署后，可实现部署海域水面及水下半空间的全方位立体监测。当有水面目标船只进入任务海域，即启动如下系统流程：

1.感知探测

探测子系统全天候启动运转，以水面雷达、光电设备及水下声学传感器为例，各探测设备将探测信息实时传送至信号处理模块，各探测设备接收数据信息、数据类型、数据量等参数均不相同。

2.信号处理

信息处理子系统接收到探测子系统发送的、探测设备采集的探测数据，根据不同任务需求对数据进行分析处理，获取数据特征信息，并与先验知识库进行比对判别，根据数据特征，判别结果有三种：

1)安全目标

即在我方备份为白名单的船只，不进行状态上报，可根据具体任务需求判断是否对其进行监测、跟踪；

2)可疑目标

即均未在我方备份黑、白名单内的船只、水面漂浮物等物体，上报状态为可疑目标，对其进行实时监测，并持续分析该目标方位、航向信息，对其进行航迹跟踪，并将各探测设备获取的数据进行融合处理分析，获取该目标更为具体的特征，进一步识别判定，并根据判定结果判断是否升级为威胁警报；

3)威胁目标

即在我方备份为黑名单的船只、设备，上报状态为威胁目标，对其进行实时监测并持续分析该目标方位、航向信息，对其进行航迹跟踪，并将各探测设备获取的数据进行融合处理分析，搜集目标详细动态去向、航行状态、方位坐标、数据特征等，供我方后续数据情报工作开展。

3.状态上报

根据信息处理子系统分析结果，对侵入目标状态进行不上报、预警、威胁警报三种操作，安全目标不上报，可疑目标进行预警，威胁目标进行威胁警报。

4.目标跟踪

对判别为可疑目标和威胁目标的水面舰船、设备进行航迹跟踪，直至其驶离任务海域。

如图2所示，其为根据本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统对水面威胁目标多体制探测跟踪示意图。

以下以空海跨域通信为例，对本发明的实施过程进行说明。

基于浮标的多体制异构融合系统实地部署后，可实现部署海域水面及水下半空间的跨域通信。以浮标本体搭载的水面卫星通信设备、短波设备及水下挂载的水声通信机为例，水声通信机可与水下其他挂载水声通信机的平台进行数据交互，获取的通信数据信息传送至浮标搭载的异构信号处理机处，异构信号处理机通过分析、处理水下通信数据信息，经跨域通信协议编译转换，将通信信息传送至水面卫星通信设备或短波设备终端，经卫星通信链路或短波通信链路，将水下搜集的通信信息转发给远端岸基数据中心，实现任务海域水面、水下跨域通信。如图3所示，其为空海跨域通信结构示意图。

本发明实施例提供的基于浮标的多体制异构数据处理系统，采用多手段目标探测，利用水面、水下感知探测设备对目标进行多手段探测侦察；利用异构信号处理机，对获取的多体制异构信号进行处理分析；对多体制异构信号处理得到的目标特征进行信息融合，提取特征最优解；通过异构信号处理设备，对水面上下数据进行数据交互与信息共享；将获取的目标信息及时上报给岸基数据中心；持续跟踪目标直至目标驶离任务海域。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种基于浮标的多体制异构数据处理系统，其特征在于，包括探测子系统、通过水面浮标搭载的通信子系统、信息处理子系统和控制子系统，所述探测子系统包括水面探测模块和水下探测模块，所述通信子系统包括水面通信模块和水下通信模块，其中：

所述探测子系统，用于通过所述水面探测模块和水下探测模块获取探测范围内的、多体制异构探测数据；将获取的多体制异构探测数据发送给所述信息处理子系统；

所述通信子系统，用于通过水面通信模块和水下通信模块进行系统水上、水下的信息交互与数据通信共享；

所述信息处理子系统，包括挂载于浮标上的异构信号处理机，用于对接收到的多体制异构探测数据进行分析处理，从各多体制异构探测数据中分别提取数据特征信息；根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术识别目标对象及其类型；向所述控制子系统输出目标对应识别结果；

所述控制子系统，用于系统任务调度、能力管控和应用场景切换，根据接收到的目标对象识别结果向岸基数据中心进行状态上报。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水面探测模块包括以下至少一种：水面光电设备、雷达和卫星遥感设备；所述水下探测模块包括水听器阵列和磁探设备；所述水面探测模块包括小型探测设备和大型探测设备，其中，小型探测设备搭载在所述浮标本体上，所述大型探测设备布设于岸端，水听器阵列挂载在浮标下端或者布放于浮标下端海底。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水面通信模块包括以下至少一种：卫星通信设备、L波段无线通信终端、短波通信设备；所述水下通信模块包括水声通信机和蓝绿光通信设备；其中，所述浮标本体搭载有所述水面通信模块，所述水声通信机和蓝绿光通信设备挂载在所述浮标本体下端。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述信息处理子系统，还用于根据提取的数据特征信息，利用数据融合技术确定所述目标对象的方位信息和方向信息；根据确定出的所述目标对应的方位信息和方向信息对所述目标对象的航迹进行跟踪。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述信息处理子系统，具体用于根据预先建立的目标识别库，如果判断出识目标对象存在于所述目标识别库的白名单中，则不进行状态上报；以及根据预设任务需求判断是否需要对所述目标对象进行航迹跟踪。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述信息处理子系统，具体用于如果判断出所述目标对象存在于所述目标识别库的黑名单中，则确定所述目标对象为威胁目标对象；通知所述控制子系统上报威胁警报，并持续获取所述目标对象的方位信息和方向信息，跟踪所述目标对象的航迹并发送给所述控制子单元，由所述控制子单元上报给所述岸基数据中心。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述信息处理子系统，具体用于如果判断出所述目标对象既不存在于所述目标识别库的白名单中，也不存在所述目标对象的黑名单中，则确定所述目标对象为可疑目标对象；通知所述控制子系统上报预警信息，并持续获取所述目标对象的方位信息和方向信息，跟踪所述目标对象的航迹并发送给所述控制子单元，由所述控制子单元上报给所述岸基数据中心。

8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括：

能源子系统，所述能源子系统用于为所述探测子系统、通信子系统、信息处理子系统和控制子系统供能，所述能源子系统包括以下至少一种：太阳能电池板、小型蓄电池和波浪能发电设备。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：

存储子系统，所述存储子系统用于存储所述多体制异构探测数据以及所述信息处理子系统对所述多体制异构探测数据进行分析处理得到的数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述存储子系统包括磁盘阵列，所述磁盘阵列搭载于所述浮标上。

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