CN116148911A - 一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，涉及船舶定位技术领域，包括船载任务终端、AIS以及雷达；所述船载任务终端包括加固计算机；加固计算机同时通过串口设备与船舶雷达系统和船舶自动识别系统连接，接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号；加固计算机软件读取船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号解析出本船周围的雷达目标和船舶目标并在电子海图上显示；所述信号验证模块用于实时验证加固计算机的通信状态，若判断加固计算机的通信状态异常，则此时识别的雷达目标和船舶目标无效；重新发布信号识别信号至加固计算机，能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值；提高加固计算机的信号识别效率和正确率。

Description

一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统
技术领域
本发明涉及船舶定位技术领域，具体是一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统。
背景技术
现有船舶北斗定位显示系统是利用北斗卫星导航系统进行本船的位置定位和显示，取代全球卫星导航系统(GPS)的功能。现有船舶北斗定位显示系统只能显示本船的经度和纬度位置信息，不能显示本船周围船舶的态势信息。因为现有船舶北斗定位显示系统只接收北斗室外天线的信号，没有接入船舶雷达(RADAR)信号和船舶自动识别系统(AIS)的信号，所以现有系统只能显示本船的位置信息，而不能显示本船周围的船舶信息和雷达目标信息，不能把本船周围的态势信息进行上报和分发共享；基于以上不足，本发明提出一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统；本系统除了接收北斗室外天线的信号进行位置定位外，还接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号，形成本船周围综合态势显示，并通过北斗短报文信道进行态势信息上报指挥所和指挥所把态势信息分发共享给所管辖的任务船舶。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，包括船载任务终端、AIS以及雷达；其中AIS表征船舶自动识别系统；
所述船载任务终端包括北斗天线、舰载型北斗用户机主机、加固计算机以及串口设备；所述加固计算机同时通过串口设备与船舶雷达系统和船舶自动识别系统连接，接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号；
所述船舶雷达信号通过串口设备转换成以UDP协议传输的网络信号送到加固计算机，所述加固计算机软件读取雷达信号解析出本船周围的雷达目标并在电子海图上显示；
所述船舶自动识别系统信号通过串口设备转换成以UDP协议传输的网络信号送到加固计算机，加固计算机软件读取自动识别系统信号解析出本船周围的船舶目标并在电子海图上显示；
所述加固计算机与信号验证模块相连接；所述信号验证模块用于实时验证加固计算机的通信状态；具体验证步骤为：
所述信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至加固计算机的FPGA主控，计算得到信号损耗指数SH；将信号损耗指数SH与设定阈值相比较，若SH大于设定阈值，则生成偏离信号；
根据偏离信号的时空变化趋势，计算得到通信偏值TP，判断加固计算机的通信状态是否异常；具体为：若TP大于偏值阈值，则判定此时加固计算机的通信状态异常，此时识别的雷达目标和船舶目标无效；重新发布信号识别信号至加固计算机。
进一步地，所述加固计算机软件通过后台加载电子海图，所述电子海图是综合态势显示的基础环境。
进一步地，所述加固计算机通过网口与舰载型北斗用户机主机连接，用于接收北斗天线的信号进行位置定位，并在定位后将本船的位置在电子海图上显示。
进一步地，在电子海图上本船位置、本船周围的雷达目标和本船周围的船舶目标都能准确显示出来并且实时更新。
进一步地，所述雷达目标和船舶目标进行融合显示形成本船周围的综合态势显示；所述综合态势通过北斗短报文信道进行态势信息上报至指挥所；所述指挥所把态势信息分发共享给所管辖的任务船舶。
进一步地，所述信号验证模块还包括：
响应于接收到由信号验证模块发送的验证配置消息，由加固计算机的FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；其中验证配置消息中包括第一信号质量门限；
响应于监听到第二同步信号，由信号验证模块确定第二同步信号的信号质量，并将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值ZC；
将信号验证模块发送验证配置消息的时刻与信号验证模块再次监听到第二同步信号的时刻进行时间差计算得到响应时长XT；利用公式SH＝ZC×a1+XT×a2计算得到信号损耗指数SH，其中a1、a2均为系数因子。
进一步地，所述信号验证模块还包括：
当监测到偏离信号时，自动倒计时，倒计时时长为Td时间，Td为预设值；在倒计时阶段继续对偏离信号进行监测，若再次监测到偏离信号，则倒计时自动归为原值，重新按照Td进行倒计时；
统计倒计时阶段偏离信号的出现次数为C1；当监测到偏离信号时，将对应的信号损耗指数SH与设定阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得到偏离总值CT，统计倒计时阶段的持续时长为Tc；利用公式TP＝(C1×b1+CT×b2)/(Tc×b3)计算得到通信偏值TP，其中b1、b2、b3为系数因子。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中加固计算机通过网口与舰载型北斗用户机主机连接，用于接收北斗天线的信号进行位置定位，并在定位后将本船的位置在电子海图上显示；加固计算机同时通过串口设备与船舶雷达系统和船舶自动识别系统连接，接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号；加固计算机软件读取船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号解析出本船周围的雷达目标和船舶目标并在电子海图上显示；而且随着时间更新，本船位置、雷达目标和船舶目标都能实时更新，并且雷达目标和船舶目标会进行融合显示，这样就形成了本船周围的综合态势显示；综合态势还可以通过北斗短报文信道进行态势信息上报至指挥所，以及指挥所把态势信息分发共享给所管辖的任务船舶；
2、本发明中信号验证模块用于实时验证加固计算机的通信状态；首先按照预设验证周期发送验证配置消息至加固计算机的FPGA主控，计算得到信号损耗指数SH；若SH大于设定阈值，则生成偏离信号；根据偏离信号的时空变化趋势，计算得到通信偏值TP，若TP大于偏值阈值，则判定此时加固计算机的通信状态异常，此时识别的雷达目标和船舶目标无效；重新发布信号识别信号至加固计算机，能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值；提高加固计算机的信号识别效率和正确率，大大提高了船舶对周围态势的感知能力，提升船舶远程态势信息安全传输能力。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统的结构图。
图2为本发明中信号验证模块的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示，一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，包括船载任务终端、AIS以及雷达；其中AIS表征船舶自动识别系统，雷达表征船舶雷达系统；
所述船载任务终端硬件部分组成框图如图1，包括北斗天线、舰载型北斗用户机主机、加固计算机以及串口设备；
所述加固计算机通过网口与舰载型北斗用户机主机连接，用于接收北斗天线的信号进行位置定位，并在定位后将本船的位置在电子海图上显示；
所述加固计算机软件通过后台加载电子海图，所述电子海图是综合态势显示的基础环境；
本系统加固计算机同时通过串口设备与船舶雷达系统和船舶自动识别系统连接，接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号；
本船雷达信号通过串口设备转换成以UDP协议传输的网络信号送到加固计算机，所述加固计算机软件读取雷达信号解析出本船周围的雷达目标并在电子海图上显示；
同理本船自动识别系统信号也是通过串口设备转换成以UDP协议传输的网络信号送到加固计算机，加固计算机软件读取自动识别系统信号解析出本船周围的船舶目标并在电子海图上显示；
在电子海图上本船位置、本船周围的雷达目标和本船周围的船舶目标都能准确显示出来；而且随着时间更新，本船位置、雷达目标和船舶目标都能实时更新，并且雷达目标和船舶目标会进行融合显示，这样就形成了本船周围的综合态势显示；所述综合态势还可以通过北斗短报文信道进行态势信息上报至指挥所，以及指挥所把态势信息分发共享给所管辖的任务船舶；
由于加固计算机软件在读取雷达信号和自动识别系统信号时，往往受到外界干扰信息的影响，导致通信不佳，影响信号识别的准确性；
在一种可选实施方式中，为了减少干扰信号的影响，保证信号识别的准确度；所述加固计算机与信号验证模块相连接；所述信号验证模块用于实时验证加固计算机的通信状态；具体验证步骤为：
所述信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至加固计算机的FPGA主控，其中验证配置消息中包括第一信号质量门限；
响应于接收到由信号验证模块发送的验证配置消息，由加固计算机的FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；
响应于监听到第二同步信号，由信号验证模块确定第二同步信号的信号质量，并将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值ZC；其中本领域技术人员应该理解，任意本领域公知的度量都能够用于表征信号质量，例如RSRQ、RSRP、RSSI等等；此处的质量差值可以反映出信号在传输过程中的衰减；
将信号验证模块发送验证配置消息的时刻与信号验证模块再次监听到第二同步信号的时刻进行时间差计算得到响应时长XT；利用公式SH＝ZC×a1+XT×a2计算得到信号损耗指数SH，其中a1、a2均为系数因子；
将信号损耗指数SH与设定阈值相比较，若SH大于设定阈值，则生成偏离信号；根据偏离信号的时空变化趋势，判断加固计算机的通信状态是否异常；具体为：
当监测到偏离信号时，自动倒计时，倒计时时长为Td时间，Td为预设值；在倒计时阶段继续对偏离信号进行监测，若再次监测到偏离信号，则倒计时自动归为原值，重新按照Td进行倒计时；
统计倒计时阶段偏离信号的出现次数为C1；当监测到偏离信号时，将对应的信号损耗指数SH与设定阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得到偏离总值CT，统计倒计时阶段的持续时长为Tc；利用公式TP＝(C1×b1+CT×b2)/(Tc×b3)计算得到通信偏值TP，其中b1、b2、b3为系数因子；
将通信偏值TP与偏值阈值相比较；若TP大于偏值阈值，则判定此时加固计算机的通信状态异常，此时识别的雷达目标和船舶目标无效；重新发布信号识别信号至加固计算机；
在本实施例中，本发明能够直观地查看加固计算机信号损耗指数的时空变化趋势，通过观察和分析偏离信号来判断加固计算机的通信状态，能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值，提高加固计算机的信号识别效率和正确率，本系统解决了现有船舶北斗定位显示系统只能显示本船经度和纬度位置信息，不能显示本船周围船舶的态势信息；大大提高了船舶对周围态势的感知能力，提升船舶远程态势信息安全传输能力。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：
一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，在工作时，加固计算机通过网口与舰载型北斗用户机主机连接，用于接收北斗天线的信号进行位置定位，并在定位后将本船的位置在电子海图上显示；加固计算机同时通过串口设备与船舶雷达系统和船舶自动识别系统连接，接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号；加固计算机软件读取雷达信号解析出本船周围的雷达目标并在电子海图上显示；加固计算机软件读取自动识别系统信号解析出本船周围的船舶目标并在电子海图上显示；而且随着时间更新，本船位置、雷达目标和船舶目标都能实时更新，并且雷达目标和船舶目标会进行融合显示，这样就形成了本船周围的综合态势显示；综合态势还可以通过北斗短报文信道进行态势信息上报至指挥所，以及指挥所把态势信息分发共享给所管辖的任务船舶；
为了减少干扰信号的影响，保证信号识别的准确度；信号验证模块用于实时验证加固计算机的通信状态；首先按照预设验证周期发送验证配置消息至加固计算机的FPGA主控，由加固计算机的FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值ZC，结合响应时长XT计算得到信号损耗指数SH；若SH大于设定阈值，则生成偏离信号；根据偏离信号的时空变化趋势，计算得到通信偏值TP，若TP大于偏值阈值，则判定此时加固计算机的通信状态异常，此时识别的雷达目标和船舶目标无效；重新发布信号识别信号至加固计算机；能够有效地剔除信号质量较差条件下的突变异常结果值，提高加固计算机的信号识别效率和正确率，大大提高了船舶对周围态势的感知能力，提升船舶远程态势信息安全传输能力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，包括船载任务终端、AIS以及雷达；其中AIS表征船舶自动识别系统；
所述船载任务终端包括北斗天线、舰载型北斗用户机主机、加固计算机以及串口设备；所述加固计算机同时通过串口设备与船舶雷达系统和船舶自动识别系统连接，接入船舶雷达信号和船舶自动识别系统信号；
所述船舶雷达信号通过串口设备转换成以UDP协议传输的网络信号送到加固计算机，所述加固计算机软件读取雷达信号解析出本船周围的雷达目标并在电子海图上显示；
所述船舶自动识别系统信号通过串口设备转换成以UDP协议传输的网络信号送到加固计算机，加固计算机软件读取自动识别系统信号解析出本船周围的船舶目标并在电子海图上显示；
所述加固计算机与信号验证模块相连接；所述信号验证模块用于实时验证加固计算机的通信状态；具体验证步骤为：
所述信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至加固计算机的FPGA主控，计算得到信号损耗指数SH；将信号损耗指数SH与设定阈值相比较，若SH大于设定阈值，则生成偏离信号；
根据偏离信号的时空变化趋势，计算得到通信偏值TP，判断加固计算机的通信状态是否异常；具体为：若TP大于偏值阈值，则判定此时加固计算机的通信状态异常，此时识别的雷达目标和船舶目标无效；重新发布信号识别信号至加固计算机。
2.根据权利要求1所述的一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，所述加固计算机软件通过后台加载电子海图，所述电子海图是综合态势显示的基础环境。
3.根据权利要求2所述的一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，所述加固计算机通过网口与舰载型北斗用户机主机连接，用于接收北斗天线的信号进行位置定位，并在定位后将本船的位置在电子海图上显示。
4.根据权利要求3所述的一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，在电子海图上本船位置、本船周围的雷达目标和本船周围的船舶目标都能准确显示出来并且实时更新。
5.根据权利要求4所述的一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，所述雷达目标和船舶目标进行融合显示形成本船周围的综合态势显示；所述综合态势通过北斗短报文信道进行态势信息上报至指挥所；所述指挥所把态势信息分发共享给所管辖的任务船舶。
6.根据权利要求1所述的一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，所述信号验证模块还包括：
响应于接收到由信号验证模块发送的验证配置消息，由加固计算机的FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；其中验证配置消息中包括第一信号质量门限；
响应于监听到第二同步信号，由信号验证模块确定第二同步信号的信号质量，并将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值ZC；
将信号验证模块发送验证配置消息的时刻与信号验证模块再次监听到第二同步信号的时刻进行时间差计算得到响应时长XT；利用公式SH＝ZC×a1+XT×a2计算得到信号损耗指数SH，其中a1、a2均为系数因子。
7.根据权利要求6所述的一种基于船舶自动识别的综合态势显示系统，其特征在于，所述信号验证模块还包括：
当监测到偏离信号时，自动倒计时，倒计时时长为Td时间，Td为预设值；在倒计时阶段继续对偏离信号进行监测，若再次监测到偏离信号，则倒计时自动归为原值，重新按照Td进行倒计时；
统计倒计时阶段偏离信号的出现次数为C1；当监测到偏离信号时，将对应的信号损耗指数SH与设定阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得到偏离总值CT，统计倒计时阶段的持续时长为Tc；利用公式TP＝(C1×b1+CT×b2)/(Tc×b3)计算得到通信偏值TP，其中b1、b2、b3为系数因子。
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