CN111380523A - 一种船只辅助驾驶障碍物检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，包括多传感器感知模块、船只自身状态感知模块、辅助模块和控制模块，多传感器感知模块由固态雷达与激光雷达组成，固态雷达与激光雷达用于感知船只周围的环境信息，船只自身状态感知模块包括GPS和惯导，GPS为船只提供位置信息，惯导获取船只当前的航向。通过多传感器感知模块内的固态雷达与激光雷达的相结合的方式，消除彼此存在的感知盲区，提高对船只周围障碍物的感知能力，同时通过船只自身状态感知模块内的GPS与惯导来检测船只自身的状态信息与多传感器感知模块所提供的信息相结合，来保证对船只周围障碍物的检测精度。

Description

一种船只辅助驾驶障碍物检测系统

技术领域

本发明涉及船只障碍物检测技术领域，具体为一种船只辅助驾驶障碍物检测系统。

背景技术

随着大型船舶的智能化、无人化发展，船舶智能控制与决策面临着各种各样的问题与挑战。其中，船舶障碍物探测技术是船舶智能控制与决策的一大关键技术。传统的船只通常仅仅是在船体四周布置几个轮胎，配合船员的肉眼观察，来防止船体与障碍物发生硬性碰撞。现也有通过设置雷达与摄像头等配合的方式来对周围的环境进行监测，但是使用视觉感知系统很容易受到水域环境的影响，如光照及天气等，不能达到很好的对周围环境信息的感知效果。为此，我们提出一种船只辅助驾驶障碍物检测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，包括多传感器感知模块、船只自身状态感知模块、辅助模块和控制模块；

所述多传感器感知模块由固态雷达与激光雷达组成，所述固态雷达与激光雷达用于感知船只周围的环境信息，所述固态雷达和激光雷达分别与控制模块通过无线信号连接；

所述船只自身状态感知模块包括GPS和惯导，所述GPS为船只提供位置信息，所述惯导获取船只当前的航向，所述GPS和惯导分别与控制模块通过无线信号连接。

优选的，所述辅助模块包括电源设备和通信网络，所述电源设备与控制模块进行电连接进行供电，所述通信网络包括5G路由器、5G信号接收器和5G信号发射器。

优选的，所述固态雷达的数量为两个，两个所述固态雷达分别装配于船舱控制室的顶部和船只的船尾部，所述固态雷达包括发射天线、接收天线、功分器、混频器、三角波发生器、滤波放大器、AD采样和信号处理。

优选的，所述激光雷达位于船只的船首部，所述激光雷达的测量范围为100m，所述激光雷达的测量角度为180°。

优选的，所述GPS选取支持L1和L2双频频段的接收机，所述GPS内设有SBAS模块，所述SBAS的定位误差小于0.6m，所述GPS安装于船舱控制室内，所述GPS的天线通过线缆与GPS接收机的天线接口连接，所述GPS接收机通过USB接口与控制模块电信号连接。

优选的，所述惯导选用高精度陀螺运动罗经，所述高精度陀螺运动罗经通过RS485串口与控制模块信号连接。

优选的，所述固态雷达所采集的图像依次经过图像降像素、图像平滑处理、图像灰度化、图像二值化、图像裁剪、形态学滤波、连通区域提取和像素面积滤波等图像处理后通过通信网络与控制模块无线信号连接。

优选的，所述激光雷达所采集的数据经数据分析、数据转换、距离滤波、聚类/分割和去除孤立点后通过通信网络与控制模块无线信号连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，设置有多传感器感知模块和船只自身状态感知模块，通过多传感器感知模块内的固态雷达与激光雷达的相结合的方式，消除彼此存在的感知盲区，提高对船只周围障碍物的感知能力，同时通过船只自身状态感知模块内的GPS与惯导来检测船只自身的状态信息与多传感器感知模块所提供的信息相结合，来保证对船只周围障碍物的检测精度。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的安装结构示意图；

图3为本发明固态雷达的结构框图。

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。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，包括多传感器感知模块、船只自身状态感知模块、辅助模块和控制模块，控制模块为计算机，辅助模块包括电源设备和通信网络，电源设备与控制模块进行电连接进行供电，通信网络包括5G路由器、5G信号接收器和5G信号发射器，5G发射器安装在多传感器感知模块的各个子设备内，通过5G信号发射器发射出5G信号后经过5G路由器的传递使5G信号接收器接收到5G信号，从而实现数据的传递，5G信号接收器与控制模块电信号连接，通过设置5G信号网络使数据之间的传递更加迅速。

多传感器感知模块由固态雷达与激光雷达组成，固态雷达与激光雷达分别通过相匹配的电源设备进行供电，固态雷达与激光雷达用于感知船只周围的环境信息，固态雷达和激光雷达分别与控制模块通过无线信号连接，固态雷达主要为扫描船只周围的环境，通过反射得到的波形形成船只周围的环境地图，适合远距离的环境感知，激光雷达主要用于检测船只航行过程中遇到的各类障碍物，主要用于近距离的环境感知，通过固态雷达与激光雷达相结合的方式，消除互相的扫描盲区，使对船只周围环境的检测更加准确，不易受到光线、天气等环境因素的影响。

固态雷达的数量为两个，两个固态雷达分别装配于船舱控制室的顶部和船只的船尾部，固态雷达包括发射天线、接收天线、功分器、混频器、三角波发生器、滤波放大器、AD采样和信号处理，三角波发生器提供需要的调制信号，该信号经VCO控制产生频率在时间上按三角形变化的连续高频等幅波，等幅波信号的一部分经放大后通过发射天线辐射出去，另一部分作为本振信号，幅波遇到障碍物目标后返回到接收天线，这时回波信号和本振信号相比频率发生了变化，然后两种信号经过混频器的处理即可得到差拍信号，通过对该信号进行处理，得到目标的真实距离和速度等信息形成图形，然后对固态雷达所采集的图像依次经过图像降像素、图像平滑处理、图像灰度化、图像二值化、图像裁剪、形态学滤波、连通区域提取和像素面积滤波等图像处理后通过通信网络与控制模块进行数据的传递。

激光雷达位于船只的船首部，激光雷达的测量范围为100m，激光雷达的测量角度为180°，激光雷达通过激光器经旋转镜面发出的激光束在碰到障碍物返回后被接收器接收，从而获得相应的测量数据，激光雷达所采集的数据经数据分析、数据转换、距离滤波、聚类/分割和去除孤立点后通过通信网络与控制模块进行数据的传递。

船只自身状态感知模块包括GPS和惯导，GPS为船只提供位置信息，惯导获取船只当前的航向，GPS和惯导分别与控制模块通过无线信号连接。

GPS选取支持L1和L2双频频段的接收机，GPS内设有SBAS模块，SBAS的定位误差小于0.6m，保证对船只的定位精度，GPS安装于船舱控制室内，GPS的天线通过线缆与GPS接收机的天线接口连接，GPS接收机通过USB接口与控制模块电信号连接，通过控制模块进行供电，并及时将数据向控制模块进行传递。

惯导选用高精度陀螺运动罗经，高精度陀螺运动罗经通过RS485串口与控制模块信号连接，高精度陀螺运动罗经通过控制模块进行供电，高精度陀螺运动罗经可以不依赖外部信息达到船只方向信息的判断，获取当前船只的航行，通过惯导所检测到的船只的航向和GPS对船只的位置进行定位再与多传感器感知模块所传递回来的周围环境信息的图形相结合，方便更好的对船只的航行进行控制，对周围环境内的障碍物进行躲避。

工作过程中，首先通过固态雷达对远距离的周围环境进行检测，固态雷达所采集的图像依次经过图像降像素、图像平滑处理、图像灰度化、图像二值化、图像裁剪、形态学滤波、连通区域提取和像素面积滤波等图像处理后通过通信网络向控制模块发送数据，控制模块形成远距离内的环境图形信息，然后通过激光雷达对近距离内的环境进行检测，激光雷达所采集的数据经数据分析、数据转换、距离滤波、聚类/分割和去除孤立点后通过通信网络向控制模块发送数据，然后控制模块形成近距离内的环境图形信息，然后通过惯导所检测到的船只的航向和GPS对船只的位置进行定位再与多传感器感知模块所传递回来的周围环境信息的图形相结合，方便更好的对船只的航行进行控制，对周围环境内的障碍物进行躲避。

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。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于：包括多传感器感知模块、船只自身状态感知模块、辅助模块和控制模块；

所述多传感器感知模块由固态雷达与激光雷达组成，所述固态雷达与激光雷达用于感知船只周围的环境信息，所述固态雷达和激光雷达分别与控制模块通过无线信号连接；

所述船只自身状态感知模块包括GPS和惯导，所述GPS为船只提供位置信息，所述惯导获取船只当前的航向，所述GPS和惯导分别与控制模块通过无线信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述辅助模块包括电源设备和通信网络，所述电源设备与控制模块进行电连接进行供电，所述通信网络包括5G路由器、5G信号接收器和5G信号发射器。

3.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述固态雷达的数量为两个，两个所述固态雷达分别装配于船舱控制室的顶部和船只的船尾部，所述固态雷达包括发射天线、接收天线、功分器、混频器、三角波发生器、滤波放大器、AD采样和信号处理。

4.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述激光雷达位于船只的船首部，所述激光雷达的测量范围为100m，所述激光雷达的测量角度为180°。

5.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述GPS选取支持L1和L2双频频段的接收机，所述GPS内设有SBAS模块，所述SBAS模块的定位误差小于0.6m，所述GPS安装于船舱控制室内，所述GPS的天线通过线缆与GPS接收机的天线接口连接，所述GPS接收机通过USB接口与控制模块电信号连接。

6.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述惯导选用高精度陀螺运动罗经，所述高精度陀螺运动罗经通过RS485串口与控制模块信号连接。

7.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述固态雷达所采集的图像依次经过图像降像素、图像平滑处理、图像灰度化、图像二值化、图像裁剪、形态学滤波、连通区域提取和像素面积滤波等图像处理后通过通信网络与控制模块无线信号连接。

8.根据权利要求1所述的一种船只辅助驾驶障碍物检测系统，其特征在于，所述激光雷达所采集的数据经数据分析、数据转换、距离滤波、聚类/分割和去除孤立点后通过通信网络与控制模块无线信号连接。

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