CN209992675U - 一种基于雷达信号的水上目标识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于雷达信号的水上目标识别系统，包括设置于船舶侧的：传感器组件；船舶通信总线，与所述传感器组件通信连接；远程通信单元，与所述船舶通信总线通信连接；所述传感器组件至少包括以下之一：船体检测传感器组件，位置传感器组件和船舶环境传感器组件；以及设置于陆地侧的陆地监控平台，包括视频监控装置、AIS基站和分别与所述视频监控装置和AIS基站通信连接的陆地监控服务器；所述AIS基站与所述远程通信单元通信连接。由上，当船舶数量众多且彼此的位置出现重叠时，陆地监控平台可依赖于船舶侧的传感器组件所发来的信息对各船舶进行监控，从而解决了现有技术的弊端。

Description

一种基于雷达信号的水上目标识别系统

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，特别是一种基于雷达信号的水上目标识别系统。

背景技术

现有技术中，对于船舶的监控主要依赖于船舶自动识别系统 (AIS，AutomaticIdentification System)。这指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统，配合全球定位系统 (GPS)将船舶实际位置、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水，船舶尺度及危险货物等船舶静态资料由高频频道向附近水域船舶及岸台广播。

但是当船舶数量众多且彼此的位置出现重叠时，紧靠船舶自动识别系统和全球定位系统便无法做到精确监控。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于雷达信号的水上目标识别系统，包括设置于船舶侧的：

传感器组件；

船舶通信总线，与所述传感器组件通信连接；

远程通信单元，与所述船舶通信总线通信连接；

所述传感器组件至少包括以下之一：船体检测传感器组件，位置传感器组件和船舶环境传感器组件；

以及设置于陆地侧的：

陆地监控平台，包括视频监控装置、AIS基站和分别与所述视频监控装置和AIS基站通信连接的陆地监控服务器；

所述AIS基站与所述远程通信单元通信连接。

由上，当船舶数量众多且彼此的位置出现重叠时，陆地监控平台可依赖于船舶侧的传感器组件所发来的信息对各船舶进行监控，从而解决了现有技术的弊端。

其中，所述船体检测传感器组件至少包括以下之一：油量传感器、电瓶检测传感器和吃水检测传感器。

由上，船体检测传感器组件可以实现检测船舶的船体参数。

其中，所述位置传感器组件至少包括以下之一：船舶导航雷达、 GPS和三轴陀螺仪。

由上，位置传感器组件可以实现检测船体所在位置和船体姿态的相关数据。

其中，所述船舶导航雷达包括依次连接的发射机、收发转换开关，接收机和信号处理终端，以及与所述收发转换开关连接的天线。

由上，收发转换开关在发射档时，发射机通过天线把其所产生的能量以电磁波的形式发射出去。而收发转换开关在接收档时，天线把目标反射回来的电磁波传送到接收机上，与接收机连接的信号处理终端利用电磁波传播的匀速性，可以通过电磁波反射回来的信号幅度的变化检测到目标。

其中，所述船舶导航雷达还包括连接于所述收发转换开关和接收机之间的门限电路。

由上，如果回波波形的幅度值超过了设置的门限电平，那么信号处理终端将自动把该回波判断为目标；反之，如果回波波形的幅度值低于门限电平，就将其判断为干扰噪声，由此增加了检测的精准度。

其中，所述船舶环境传感器组件至少包括以下之一：图像采集传感器和风速风向传感器。

由上，船舶环境传感器组件可以实现实时检测船舶运行的环境数据。

其中，所述图像采集传感器包括：

支柱，所述支柱采用空心构造，其上部装配有一透明的保护盒；

在所述保护盒内部，位于支柱的顶部配置有可转动的云台，在所述云台上架设俯仰角度可调的摄像头；

所述摄像头的线缆引入到支柱的空心构造内，最终市政电缆和运营商的网线电缆。

由上，通过上述结构可以防止甲板处海水或雨水对于图像采集传感器的侵蚀。

其中，所述保护盒采用具有夹层的透明玻璃材质，夹层之间设置加热丝。

由上，当海水或雨水滴落至保护盒上时，便可以通过加热丝烘干。

其中，在所述夹层之间还设置有雨滴传感器，所述雨滴传感器与所述加热丝电连接。

由上，通过雨滴传感器可以实现加热丝烘干的自动化。

附图说明

图1为基于雷达信号的水上目标识别系统的原理示意图；

图2(A)为雷达的原理示意图；

图2(B)为增加门限电路后的雷达原理示意图；

图3为回波示意图；

图4为图像采集传感器的构造示意图。

具体实施方式

下面参见图1～图4对本实用新型所述的基于雷达信号的水上目标识别系统进行详细说明。

如图1所示，基于雷达信号的水上目标识别系统包括设置于船舶侧的传感器组件，与所述传感器组件通信连接的船舶通信总线 102，以及与所述船舶通信总线102通信连接的远程通信单元103。与船舶进行通信的是设置在陆地端的陆地监控平台。

对于传感器组件，至少包括以下之一：船体检测传感器组件1011，位置传感器组件1012和船舶环境传感器组件1013。

其中，船体检测传感器组件1011是用于检测船舶的船体状态，包括但不限于以下传感器：油量传感器、电瓶检测传感器、吃水检测传感器。所述船体检测传感器组件1011用于检测与船体运行参数相关的各类数据。

位置传感器组件1012包括但不限于以下传感器：船舶导航雷达、 GPS和三轴陀螺仪。所述位置传感器组件1012用于检测船体所在位置和船体姿态的相关数据。

图2(A)所示为本实施例船舶导航雷达的原理示意图，包括依次连接的发射机201、收发转换开关202，接收机204和信号处理终端205，以及与所述收发转换开关202连接的天线203。所述船舶导航雷达用于在海浪、雨雪杂波、接收机的噪声等一些观察者并不感兴趣的干扰和物体反射背景下能够准确的检测出船舶雷达目标。收发转换开关202在发射档时，发射机201通过天线203把其所产生的能量以电磁波的形式发射出去。而收发转换开关202在接收档时，天线203把目标反射回来的电磁波传送到接收机204上，与接收机 204连接的信号处理终端205利用电磁波传播的匀速性，可以通过电磁波反射回来的信号幅度的变化检测到目标，并能准确的获得目标的方位、距离、形状面积等多个参数。

较佳的，如图2(B)所示，在信号处理终端205前端增加门限电路，通过门限电路对接收机204所接收的船舶导航雷达回波设置门限电平。即，如果回波波形的幅度值超过了设置的门限电平，那么信号处理终端205将自动把该回波判断为目标；反之，如果回波波形的幅度值低于门限电平，就将其判断为干扰噪声。对应图3所示，信号处理终端205图中峰值A所对应的回波幅值判断为目标，峰值B的回波幅值低于设置的门限值，系统将其判断为噪声。

船舶环境传感器组件1013包括但不限于以下传感器：图像采集传感器、风速风向传感器。船舶环境传感器组件1013用于实时检测船舶运行的环境数据。其中，所述图像采集传感器包括多组，分别设置于船舱内的不同位置和船舱外的甲板处。

船舶通信总线102将船体检测传感器组件1011，位置传感器组件1012和船舶环境传感器组件1013所检测的数据汇总后，转发至远程通信单元103。

所述远程通信单元103将其所接收的各路数据进行调制处理后，以甚高频(VHF，Very High Frequency)形式输出。

陆地监控平台至少包括多组视频监控装置、AIS基站和分别与二者通信连接的陆地监控服务器。结合图4所示，视频监控装置采用如下构造：包括一支柱401，所述支柱采用空心构造。在所述支柱 401的上部装配有一透明的保护盒405。所述保护盒405通过固定件(未图示)安装在支柱401的外壁。在所述保护盒405内部，支柱 401的顶部配置有可转动的云台402，在所述云台402上架设摄像头 403，所述摄像头403的俯仰角度可调。所述摄像头403的线缆404 引入到支柱401内部，最终连接至市政电缆和运营商的网线电缆，以实现供电和远程控制。较佳的，本申请中，所述摄像头303采用海康联动摄像机。

进一步的，所述保护盒405采用具有夹层的透明玻璃材质，夹层之间设置加热丝406。

更进一步的，在所述夹层之间还设置有雨滴传感器(未图示)。雨滴传感器上一共有三个光强传感器和一个发光二极管。其中，为测量近光的环境光强传感器；为测量远光的光强传感器；为测量雨滴的光强传感器；为一个发光二极管，与配合保护盒上的雨滴密度。当玻璃上没有雨滴时，由发光二极管发出的大部分光都折射出夹层，反射回来被接收的光强很少；当保护盒405外表面上雨滴较多时，被反射回来由接收的光强增加，于是雨滴传感器输出发生电平变化。所述雨滴传感器与所述加热丝406电连接，当接收到雨滴传感器输出的电平变化时，随即启动加热。由此，通过雨滴传感器可以实现加热丝烘干的自动化。

所述AIS基站可以实时接收船舶发射的通过甚高频信号(亦称为AIS信号)，再通过TCP/IP协议发送至所述陆地监控服务器，从而获得船舶的相关信息。

陆地监控服务器基于其所接收到的由所述AIS基站转发的数据后，结合船舶导航雷达的检测数据进行船舶识别。由于仅由船舶导航雷达检测到的移动物体的方位、距离、形状面积等参数并不能确定是否为船舶，因此需要结合AIS基站所接收的数据，从而达到确认船舶的效果。一幅船舶导航雷达图像由f(x,y)两部分构成，一部分是回波幅度较大如海面上的船舶目标、浮筒、岛、海岸上的建筑物，这部分的颜色较亮；另一部分是回波较小的海面背景，这部分的颜色较暗，这样的组成方式使得对象和背景在图像中的灰度值有较大的差别。从导航雷达图像的背景中提取目标需选择一个合适的阈值 T，首先要确定进行目标提取的水面区域的范围，然后对整幅船舶导航雷达图像做处理：当像素点的灰度值高于阈值T时就将其设为1，低于阈值T时就将其设为0，这样就将一幅灰度图像以阈值为门限转化成为了二值图像。把所有f(x,y)>T的像素点(x,y)称为对象点； f(x,y)<T的点称为背景点。此时图像经过处理后就转化为图像g(x,y)。

其次，关于目标的距离和角度的确认如下：对目标距离的测量是通过对发射信号和接收信号之间延时的计算来实现的，该延时可以指发射信号脉冲时间点到接收信号的时间点之间的时间差，也可以指发射信号脉冲的中心到接收信号脉冲中心的时间差。而方位角指的就是目标相对于船舶导航雷达的偏角方位角和俯仰角。这两者指的都是目标的位置和参考方向之间的夹角。如果目标的方位角、俯仰角和距离这三个参数已知，则目标的位置即可精准的定位。

将目标进行录取，即从船舶导航雷达检测到的波信号中提取目标的特征信息，包括：目标的起始终止距离、目标的起始终止方位、目标的几何中心的位置和目标的大小。船舶导航雷达目标录取方式总共有三种类型：人工录取、全自动录取和系统集成录取。通过将目标对象与AIS信号相结合，即可确定目标的情况。

最后，结合视频监控装置所采集的图像数据，将图像数据的坐标与前述确认的目标进行结合，从而可实现对于所有船舶的定位。更佳的，对各船舶进行防碰辅助控制，例如添加已知的危险区域，当船舶航行到该区域时能够实现有效的避让。对障碍目标的转向避让原则是优先选择靠近航向的方向进行转向，在此原则下，目标的运动方向才会偏离为运动目标设定的最原始的航向。通过防碰辅助控制可以对各船舶进行辅助驾驶提示，以进一步提升安全。本实施例中，所述陆地监控平台所实现的各个功能采用现有技术实现，本申请并无意对上述各功能进行改进。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于雷达信号的水上目标识别系统，其特征在于，包括设置于船舶侧的：

传感器组件；

船舶通信总线(102)，与所述传感器组件通信连接；

远程通信单元(103)，与所述船舶通信总线(102)通信连接；

所述传感器组件至少包括以下之一：船体检测传感器组件(1011)，位置传感器组件(1012)和船舶环境传感器组件(1013)；

以及设置于陆地侧的：

陆地监控平台，包括视频监控装置、AIS基站和分别与所述视频监控装置和AIS基站通信连接的陆地监控服务器；

所述AIS基站与所述远程通信单元(103)通信连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船体检测传感器组件(1011)至少包括以下之一：油量传感器、电瓶检测传感器和吃水检测传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置传感器组件(1012)至少包括以下之一：船舶导航雷达、GPS和三轴陀螺仪。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述船舶导航雷达包括依次连接的发射机(201)、收发转换开关(202)，接收机(204)和信号处理终端(205)，以及与所述收发转换开关(202)连接的天线(203)。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述船舶导航雷达还包括连接于所述收发转换开关(202)和接收机(204)之间的门限电路。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述船舶环境传感器组件(1013)至少包括以下之一：图像采集传感器和风速风向传感器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视频监控装置包括：

支柱(301)，所述支柱采用空心构造，其上部装配有一透明的保护盒(305)；

在所述保护盒(305)内部，位于支柱(301)的顶部配置有可转动的云台(302)，在所述云台(302)上架设俯仰角度可调的摄像头(303)；

所述摄像头(303)的线缆(304)引入到支柱(301)的空心构造内，最终连接至市政电缆和运营商的网线电缆。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述保护盒(305)采用具有夹层的透明玻璃材质，夹层之间设置加热丝(306)。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述夹层之间还设置有雨滴传感器，所述雨滴传感器与所述加热丝(306)电连接。

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