具有滚动预报显示的用于感测波浪和预报船舶运动的系统和方法与流程

本申请要求2016年9月16日提交的美国临时专利申请62/395,977的权益，其内容通过引用被整体并入。

政府权力

本发明是利用在美国海军海军研究办公室(onr)授予的合同n00014-11-d-0341下的政府支持完成的。政府拥有本发明的某些权利。

本发明一般涉及波浪感测，并且更具体地，涉及雷达波浪感测、利用所得到的确定的波场来预报船舶运动以及向用户显示这些预报。

背景技术：

许多基于海洋的发展需要将船舶离岸停泊在一起以便转移人员、材料或其他物品。例如，船舶之间的货物搬运可以包括将船舶离岸停泊在一起以便在它们之间搬运货物和设备。当船舶之间由于海洋波浪而存在相对运动时，这些操作变得具有挑战性。为了克服这些挑战，需要感测船舶附近的波浪并且产生由此得到的船舶运动预报。

附图说明

图1a、1b和1c示出根据本发明的各种实施例的船舶运动预报系统的示意图；

图2a和2b是根据本发明的各种实施例的具有船舶运动预报系统的示例性船舶的示意图；

图3是根据本发明的各种实施例的示例性船舶运动预报方法的流程图；

图4a、4b和4c是根据本发明的各种实施例的示例性船舶运动预报的图形表示的示意图；

图5是根据本发明的各种实施例的示例性船舶运动预报方法的流程图；

图6a和6b是根据本发明的各种实施例的具有船舶运动预报系统的示例性船舶的示意图；

图7a和7b是根据本发明的各种实施例的具有船舶运动预报系统的示例性船舶的示意图；和

图8是根据本发明的各种实施例的示例性处理系统的示意图。

具体实施方式

本文描述的实施例提供了用于提供和显示对未来船舶运动的预报的系统和方法。本文描述的实施例能够准确且接近实时地预报海洋波浪和所导致的船舶运动，并且向用户有用地显示这样的预报。这种系统和方法可用于提高各种船舶操作的效率和安全性，包括在海上船舶之间移动货物。

通常，本文描述的系统和方法通过产生可以向用户显示的船舶运动预报的滚动图形表示来向船员和船舶运动预报系统的其他用户提供船舶运动预报的有用指示。例如，该系统和方法可以被实施为在第一窗口部上显示在多个预报周期中产生的船舶运动预报的多个图形表示，其中新船舶运动预报的图形表示随着产生而被添加，并且其中先前产生的船舶运动预报的图形表示随着新船舶运动预报被添加而向下/向上/跨窗口部滚动。

这种实施方式以能够向用户提供唯一且有用的信息的方式允许用户同时查看船舶运动预报的“总效果(ensemble)”。具体而言，这种实施方式允许以便于快速确定多个预报中的一致性和不确定性的方式显示预报的总效果。具体而言，当预报的图形表示跨窗口部滚动时，受过训练的用户可以快速确定未来船舶运动的幅度和通过一组预报周期产生的那些预报的一致性。这可以使用户更好地理解船舶运动预报的可能准确性和可靠性，从而可以允许用户基于这些预报做出更明智的操作决策。

通常，该系统和方法发射被水体表面反射的雷达信号。接收反射的雷达信号，并从接收的雷达信号产生雷达数据。雷达数据用于产生海洋波浪分量，这些分量表示多个单独的波浪的振幅和相位，这些波浪一起可以描述海洋表面。然后使用这些海洋波浪分离来估计未来在水体上的船舶上施加的力。然后使用对未来施加的力的估计来产生船舶运动预报，然后可以以可以向用户显示的船舶运动预报的滚动图形表示的形式将该预报呈现给一个或多个用户。例如，滚动图形表示可以呈现给船舶货物操作员并且用于确定何时可以安全地执行货物的船到船转移。特别地，本文描述的系统和方法可以促进复杂的船到船(s2s)操作中安全性的改进。

现在转到图1a，示出了示例性船舶运动预报系统100的示意图。船舶运动预报系统100包括波浪分量产生器102、船舶运动预测器104和用户界面106。通常，船舶运动预报系统100从雷达108接收雷达数据并从船舶运动传感器110接收船舶运动数据。

船舶运动传感器110提供关联船舶的船舶运动的测量数据。例如，船舶运动传感器110可以提供船舶可以移动的六个自由度(俯仰(pitch)、垂荡(heave)、滚转(roll)、摇摆(sway)、纵荡(surge)和横摆(yaw))中的一个或多个的船舶运动测量。船舶运动预报系统100可以使用这种运动测量来提供可以用来确定未来波浪影响的船舶初始运动状态或状态历史。另外，在一些实施例中，船舶运动传感器110或其他传感器和系统可以提供船舶跟踪方向和船舶位置信息。例如，全球定位系统(gps)系统和/或定向设备(例如，惯性测量单元(imu))可以向船舶运动预报系统100提供船舶方向和跟踪信息。

雷达108向船舶运动预报系统100提供雷达数据。利用该雷达数据和来自船舶运动传感器110的数据，船舶运动预报系统100产生预测一艘或多艘船舶的未来运动的船舶运动预报。具体而言，波分量产生器102被配置为从雷达108接收雷达数据并产生描述可能影响船舶的波浪的海洋波浪分量。船舶运动预测器104使用这些海洋波浪分量来产生船舶运动预报。

通常，海洋波浪分量是波特征的数值表示，因此可以包括水面的一部分上离散的波频率和方向的波高(例如，幅度)和波定时(例如，相位)的数值表示。这些海洋波浪分量可以共同用于表征当前和近期未来水面上的周围波场。因此，这些海洋波浪分量可以提供水面上的波的相位分辨的海洋表面高度表示，其可以用于产生实时船舶运动预测。这种相位分辨的海面高度可以与预报波的时间地理(即，时空)位置信息以及频谱(即，方向、周期和能量)信息结合以产生船舶运动预报。

由船舶运动预报系统100产生的船舶运动预报预测船舶的至少一个自由度(俯仰、垂荡、滚转、摇摆、纵荡和/或横摆)和确定的时间段的未来运动。这些船舶运动预报可以被产生为从当前时间延伸到未来时间的离散时域信号。作为一个具体示例，船舶运动预报系统100可以被实施为利用每个新预报来预测并提供预报未来时间30-180秒的垂荡的时域信号。另外，船舶运动预报系统100可以被实施为重复地产生这些船舶运动预报。

例如，船舶运动预报系统100可以被配置为利用每个新处理周期产生新船舶运动预报，其中新数据可从雷达108和船舶运动传感器110获得。在一个这样的实施例中，通常每1-3秒产生一个新船舶运动预报，每个新预报提供随后30-180秒的船舶运动的新预测。这些新预报可以单独或者与过去的预报和其他数据组合显示或以其他方式输出。

在一些实施例中，船舶运动预报系统100可以被实施为预报开放水域中的单艘船舶的未来船舶运动。在其他实施例中，船舶运动预报系统100可以被实施为预报通过不可忽略的机械耦合(例如，绳索和防护垫)或液体动力耦合在一起的两艘或更多艘船舶的未来船舶运动。此外，船舶运动预报系统100可以被实施为预测静止船舶、移动船舶或两者的组合的船舶运动。此外，应该注意的是，船舶运动预报系统100可以被实施为预测任何类型船舶的运动，包括但不限于大型运输船舶、滚装式船舶、油轮、钻井船或平台、建造船舶、或平台、供应船、生产船或平台等

在一些实施例中，运动预报系统100可以将所产生的船舶运动预报与气象和海洋学(metoc)数值模型和直接浮标观测结合，以提供更长时间段的船舶操作计划指导。例如，这样的系统可以被实施来提供未来数小时和数天的操作计划，并且因此可以为船员提供高级计划。

用户界面106被配置为产生船舶运动预报的一个或多个指示并在显示器112上显示那些指示。再次，船舶运动预报的这些滚动图形表示可以包括六个自由度中(俯仰，垂荡、滚转、摇摆，纵荡和横摆)的一个或多个的船舶运动预报的表示。根据本文描述的实施例，那些指示至少包括船舶运动预报的滚动图形表示。这些船舶运动预报的滚动图形表示向用户提供在多个预报周期中产生的预报信息。最后，应该注意的是，船舶运动预报的其他类型的指示可以被输出到显示器112并提供给用户。

例如，船舶运动预报系统100可以被实施为在显示器112的第一窗口部上显示在多个预报周期中产生的未来船舶运动的多个图形表示，其中新船舶运动预报的图形表示随着产生而被添加，并且其中先前产生的船舶运动预报的图形表示随着新的未来船舶运动预报被添加而跨该窗口部滚动。

现在转到图1b，示出了显示器112的示意图。显示器112示出显示由船舶运动预报系统100产生的窗口部114。根据本文描述的实施例，窗口部114包括未来船舶运动预报的多个图形表示。在图1b中所示的示例中，“新”船舶运动预报的图形表示被添加到窗口部114，并且“先前”船舶运动预报的图形表示跨窗口部114滚动。具体而言，在该示例中，最新船舶运动预报的图形表示(n)随着预报的产生而被添加到窗口部114的顶行，并且先前产生的船舶运动预报的图形表示(n1到n-9)随着新船舶运动预报的表示被添加而在窗口部114向下滚动。

因此，对于船舶运动预报系统100的每个处理周期，可以产生新的表示并将其添加到窗口部114，并且先前的表示在窗口部114向下滚动以容纳新的表示。在这样做时，在每个周期中最早的表示从窗口部114掉出。

再次，这样的实施例提供船舶运动预报的滚动表示。该滚动表示允许用户以能够向用户提供唯一且有用的信息的方式同时在窗口部114中查看船舶运动预报的“总效果”。具体而言，这样的实施方式允许预报的总效果(n到n-9)以便于快速确定多个预报中的每个预报的幅度的方式显示在窗口部114上。此外，当预报的图形表示在窗口部114向下滚动时，用户可以快速确定未来船舶运动的幅度的一致性。这允许用户可视地确定可变性并因此确定那些预报的潜在不确定性。因此，这可以使用户提高对船舶运动预报的可能准确性的理解，并且因此可以允许用户基于那些预报做出更明智的操作决策。

在典型的实施方式中，船舶运动预报的每个图形表示包括一行元素，其中该行中的每个元素对应于某个特定未来时间的预报。作为一个示例，船舶运动预报可以包括60秒的预报(例如，从当前时间到将来的60秒)，窗口部114中的每一行提供60秒预报的图形表示。在这样的实施例中，行中的图形元素或图形元素的子集然后可以表示60秒的某些部分的预报。

这些船舶运动预报可以用图形表示来表示，以示出相对于平均位置的运动，或者示出不同方向上的运动。此外，可以使用各种图形元素来表示船舶运动预报。例如，可以使用相对高强度的像素来表示第一方向上的预测运动，并且可以使用相对低强度的像素来表示与第一方向相反的第二方向上的预测运动。或者，可以使用相对高强度的像素来表示相对于定义的平均值或基线相对大的预测运动，并且可以使用相对低强度的像素来表示相对于定义的平均值或基线相对小的预测运动。

作为详细示例，图形元素可以被实施为用不同光强度或不同颜色表示不同的预报船舶运动值。在下面将说明的一个示例中，可以用灰度表示不同的预报船舶运动值。

应当注意，虽然该示例示出了未来船舶运动的图形表示在窗口部114向下滚动，但是其他实施方式也是可能的。例如，可以使图形表示在窗口部114上向上、向左或向右滚动。

如上所述，在图1b的示例中，窗口部114包括船舶运动预报的多个图形表示。然而，这仅是一个示例，并且在其他实施例中，附加窗口部可以提供额外的表示。现在转到图1c，示出了船舶运动预报系统100中的显示器112的另一实施例。在该实施例中，显示器112被示出为显示由船舶运动预报系统100产生的第一窗口部120、第二窗口部122和第三窗口部114。在该示例中，第一窗口部120再次包括未来船舶运动预报的图形表示。第二窗口部122包括过去船舶运动预报的图形表示，而第三窗口部124包括过去船舶运动测量的图形表示。在该实施例中，过去船舶运动预报是在其相关时间已经过去的多个预报周期中产生的预报。同样地，过去船舶运动测量是过去发生的实际船舶运动的测量，其可以由船舶运动传感器110或其他这样的源来提供。

与船舶运动预报的表示类似，第二窗口部122中的过去船舶运动预报的图形表示和第三窗口部124中的船舶运动测量的图形表示可以被实施为滚动表示。因此，“新的”过去船舶运动预报的图形表示被添加到第二窗口部122，并且“先前的”过去船舶运动预报的图形表示在第二窗口部122向下滚动。同样，“新的”过去船舶运动测量的图形表示被添加到第三窗口部124，并且“先前的”过去船舶运动测量的图形表示在第三窗口部124向下滚动。

在图1c的实施例中，三个窗口部120、122和124可以布置成便于三组图形表示的有用视觉比较。具体而言，窗口部120、122和124可以被布置成使得船舶运动预报的图形表示与在相同预报处理周期期间产生的过去船舶运动预报的图形表示水平对齐。因此，可以容易地识别所产生的船舶运动预报，并将其与在相同处理周期期间产生的过去船舶运动预报进行比较。

作为另一示例，窗口部120、122和124可以被布置成使得过去船舶运动预报的图形表示的图形元素与同一时间的过去船舶运动测量的图形表示的图形元素垂直对齐。因此，过去船舶运动预报可以容易地在视觉上与同一时间的过去船舶运动测量进行比较。

如此实施，船舶运动预报系统100可以以自校准能量功率谱、各种频率(波周期)波段的海高(seaheights)、海洋环境趋势以及测量的最终船舶运动的趋势的形式提供详细的实时波浪特征。

现在转到图2a，示出了示例性船舶200的侧视图，其中至少一个雷达201被配置为朝向水面204发射雷达信号202，其中该水面可以包括朝向船舶200行进的波。这些雷达信号202被水面204反射，并且反射的雷达信号202在船舶200处被接收回来，在那里它们被用于确定未来船舶运动的预报。

在典型的实施方式中，雷达201的天线在发射和接收雷达信号202的同时旋转，导致水面204的方位角和距离扫描。现在转到图2b，该图示出了船舶200的俯视图并且示出水面的方位角扫描的示例性部分205。图2b示出雷达201扫描的水面部分205如何被认为包括多个方位角扇区206，在图2b中示出其中三个。此外，这些方位角扇区206中的每一个由多个区域块208构成，在图2b中示出其中三个。在该示例中，每个块208具有相应方位角的弧的宽度和由雷达的距离分辨率确定的长度。因此，每个块208的面积大约是该块的点处的方位角扇区的宽度乘以距离分辨率。应该注意，图2b中所示的示例是非常简化的示例，并且在典型的实施方式中，雷达扫描可以覆盖更大的区域，并且被扫描的水面可以被划分为更多的方位角扇区206，每个扇区206包括非常大量的块208。例如，对于距离为～5000米且距离分辨率为～7.5米的雷达，部分205可包括多个方位角扇区，每个具有2.5度的弧长，每个扇区具有～700个块。再次，在该实施例中，每个块的面积大约是该位置处的弧的宽度乘以距离分辨率(例如，～7.5m)。在雷达提供全360度扫描的情况下，这样的实施例可以提供总共～144个方位角扇区206和～100,000个块208。如下面将更详细描述的，该船舶运动预报系统可以被配置为在水面部分205处反射雷达信号并且使用多个方位角扇区206中的多个块208中的适用部分产生海洋波浪分量。

现在转到图3，示出了确定船舶运动预报的方法300。方法300是根据本文描述的实施例的可用于产生船舶运动预报的过程类型的示例。通常，方法300使用雷达测量来波并且提供由这些波浪导致的船舶运动的预报。应当注意，在典型的实施方式中，方法300可以周期性地重复执行，每个周期产生新的船舶运动预报。例如，根据雷达扫描间隔、更新频率和处理器延迟时间，可以每1-3秒产生水面的新雷达扫描和得到的船舶运动预报。

第一步骤302是使用雷达产生雷达数据。如上所述，雷达数据可以包括多个块中的每个块的数据，其中每个块对应于水面的方位角扇区的一部分。为了产生该雷达数据，使用一个或多个雷达将雷达信号发射到水面。雷达信号被水面反射并在雷达处被接收回来，其中反射的雷达信号用于产生雷达数据。

另外，可以在该船舶运动预报系统中使用各种不同类型的雷达。例如，该雷达可以用x波段多普勒雷达来实现。例如，天线安装在水面上方30米处的2千瓦相干x波段雷达可以提供5公里的精确多普勒(即频移)感测，从而实现5分钟的船舶运动预报能力。在这样的实施例中，雷达可以被配置为具有～2.5度的方位角分辨率和～7.5米的距离分辨率以及小于3秒的方位角扫描间隔。这可以导致每秒处理大小为30～1000平方米的～30,000个扫描块。作为一个具体示例，该雷达可以用海洋x波段(9.4ghz)多普勒雷达来实现。这种雷达可以被实施为通过在船舶周围数千米的区域中进行布拉格背散射来测量海面轨道径向速度。当然，这些只是一些示例，其他实施方式也是可能的。

再次，雷达信号被水面反射并且在雷达处被接收回来，其中反射的雷达信号用于产生雷达数据。下一步骤304是从接收的雷达数据产生海洋波浪分量。再次，海洋波浪分量是波特征的数值表示，因此可以包括水面的一部分上的离散波频率和方向的波高(例如，幅度)和波定时(例如，相位)的数值表示。这些海洋波浪分量可以从每秒数万块的雷达数据中产生，其中再次每块是表面的一部分，其可以在任何特定时间移动构成表面的大量的波浪的结果。通常，步骤304确定与雷达数据最一致并且因此描述水面上的整体波场的海洋波浪分量。

在典型的实施方式中，针对每个新的波预报产生新的海洋波浪分量，其中每个新的波预报对应于在一个处理周期(通常是一秒或两秒)期间进行的新的雷达扫描。

因为典型的波场不会在秒时间尺度上快速改变，所以可以将新产生的波分量与先前的波分量进行比较，以使用统计手段进一步细化分量解。例如，从一个处理周期到下一个处理周期的一致性表示准确性，并且对相同波形分量的跨处理周期进行平均可以改善该解。

在典型的实施例中，这些海洋波浪分量是仅使用水面的包含可能影响船舶运动的波浪的块来产生的。可以基于已知或估计的定向波谱和当前船速和航向来确定可能的影响。此外，该初始确定可以在产生海洋波浪分量之前进行，并且因此可以用于减少需要产生的分量的数量，从而减少所需的计算资源量。如下面参考图5更详细地描述的那样，这样的处理可以通过首先产生矩(moment)数据，然后滤波该矩数据来确定水面的哪些部分包含可能产生显著船舶运动的波浪。

下一步骤306是从海洋波浪分量产生船舶运动预报。这些船舶运动预报可以包括船舶运动可能发生的六个自由度(俯仰、垂荡、滚转、摇摆、纵荡和横摆)中的一个或多个的船舶运动预报。在一些实施例中，船舶运动预报可以被产生为各种船舶航向和速度的预期船舶运动的统计表示。在其他实施例中，船舶运动预报可以提供船舶运动的精确的时间特定预测。

通常，这些船舶运动预报可以通过确定将由影响船舶的各种波浪分量中的每一个施加到船舶的力并且将这些结果组合来产生。再次，在典型的实施例中，针对每个预报周期产生新的船舶运动预报。

在一个特定实施例中，用于船舶运动的降阶模型(reduced-ordermodel,rom)可用于确定船舶运动。例如，可以使用用于船舶运动的降阶集总参数时域模型。这种模型可以与康明斯方程(cumminsequation)方法一起使用，以提供用于产生未来船舶运动预测的期望计算速度。在康明斯方程中，一个或多个(n)船舶的运动表示为由6×n个方程表示的6×n自由度系统。该公式使用状态作为时域解中的初始条件，并且在与预先计算的脉冲响应函数的卷积中使用状态历史。这种模型的一个例子可以在benjamins.h.connell等人的“developmentofanenvironmentalandshipmotionforecastingsystem”，asme2015年第34届theocean,offshoreandarticengineering国际会议的论文集中找到。

这种模型可用于计算特定船舶或特定多船舶布置的船舶运动。根据船舶几何形状和输入的质量规格的表示，预先计算必要的附加惯性和流体静恢复项。通过离散化的速度范围、波频率和方向预先计算脉冲响应函数和力响应幅度算子函数，通过所有相关操作条件产生一个数据库，该数据库表征对船舶的流体动力作用(hydrodynamicforcing)。通过来自数据库的值的插值来获得这些作用函数的特定值。该方法使用线性耐波性(seakeeping)理论的假设，其中流体动力作用可以分解为入射波、衍射和辐射力。预先计算的波作用数据库允许将离散的波分量映射到对船舶系统的模态作用(modalforcing)。因此，可以针对推荐模型计算针对不同航向和速度的合成船舶运动。然后可以在预报系统的操作期间使用该查找数据库来提供将由预报影响船舶的波浪导致的船舶运动。

在操作期间，所产生的海洋波浪分量可以被随后用作对查找数据库的实时输入，该查找数据库提供必要的项目来计算船舶运动的最终预报。作为一个示例，该查找数据库可以提供描述在船舶预报系统的特定实施方式中正在预报其运动的一个或多个船舶的运动的康明斯方程的系数。因此，具有预先计算的值的查找数据库可用于提供船舶运动预报的快速确定。这可以便于实时确定每个雷达扫描和波分量计算的每个周期的几分钟的船舶运动预报。

下一步骤308是产生所产生的船舶运动预报的滚动表示。通常，所产生的船舶运动预报的滚动表示可以被输出到显示器(例如，显示器112)。此外，船舶运动预报的滚动表示可以在显示器上组合船舶运动预报的任何其他类型的图形或其他表示。

再次，船舶运动预报的这些滚动表示可以包括六个自由度(俯仰、垂荡、滚转、摇摆、纵荡和横摆)中的一个或多个的船舶运动预报的表示。这些船舶运动预报的滚动表示向用户提供在多个预报处理周期中产生的预报信息。此外，在一些实施例中，滚动图形表示可以包括船舶运动预报、过去船舶运动预报和过去船舶运动测量的表示。

现在转到图4a，示出了示例性显示屏幕表示400的示意图。显示屏幕表示400是可以在方法300的步骤308中产生的表示类型的示例。

显示屏幕表示400包括滚动表示部401和时域部403。显示屏幕表示400的时域部403包括第一时域图402、第二时域图404和第三时域图406。具体而言，第一时域图402示出对于一个自由度(例如，六个自由度中选定的一个)的未来船舶运动的预报。在该示例中，第一时域图402表示针对下一个60秒(即，从时间0到时间60，其中时间0是当前时间)产生的船舶运动预报。第二时域图404示出同一个自由度的过去船舶运动预报。在该示例中，第二时域图示出先前60秒(即，从时间-60到时间0)的过去船舶运动预报。最后，第三时域图406示出同一个自由度的过去船舶运动测量。这些同样是可以使用船上的一个或多个运动传感器(例如，传感器110)产生的实际船舶运动的测量。第三时域图406中还示出了先前60秒(即，从时间-60到时间0)的过去船舶运动测量。

在典型实施例中，每个周期，例如，针对每个处理周期，产生新的第一时域图402。因此，针对每个周期，产生新的60秒船舶运动预报，并且产生新的第一时域图402以表示新的预报。第二时域图404和第三时域图406也可以每个周期或以任何其他选定的速率更新。

然而，应该注意，在该示例中，第一时域图402仅提供由系统的一个处理周期产生的一个自由度的一个船舶运动预报的表示。该系统每个处理周期产生六个自由度中的一个或多个自由度的新船舶运动预报。相反，滚动表示部401同时显示多个周期的船舶运动预报。

滚动表示部401包括由船舶运动预报系统产生的第一窗口部420、第二窗口部422和第三窗口部424。第一窗口部420包括未来船舶运动的预报的图形表示，第二窗口部422包括过去船舶运动预报的图形表示，第三窗口部424包括过去船舶运动测量的图形表示。船舶运动预报再次是在预测未来船舶运动的多个预报处理周期中产生的预报。过去船舶运动预报同样是在其相关时间已经过去的多个预报处理周期中产生的预报。最后，过去船舶运动测量是过去发生的实际船舶运动的测量。

第一窗口部420、第二窗口部422和第三窗口部424再次被典型地实施为表示一个自由度(例如，六个自由度中选定的一个)的船舶运动，并且更具体地，典型地被实施为示出与时域部403中显示的相同的自由度。

根据本文描述的实施例，第一窗口部420中的船舶运动预报的图形表示、第二窗口部422中的过去船舶运动预报的图形表示以及第三窗口部424中的船舶运动测量的图形表示每个都可以被实施为滚动表示。因此，“新的”船舶运动预报的图形表示被添加到第一窗口部422，而“先前的”船舶运动预报的图形表示在第一窗口部420向下滚动。同样地，“新的”过去船舶运动预报的图形表示被添加到第二窗口部422，而“先前的”过去船舶运动预报的图形表示在第二窗口部422向下滚动。最后，“新的”过去船舶运动测量的图形表示被添加到第三窗口部424，并且“先前的”过去船舶运动测量的图形表示在第三窗口部424向下滚动。当实时查看时，这种船舶运动预报和测量的滚动产生视觉“瀑布”。

第一窗口部420表示产生的船舶运动预报长达60秒(即，从时间0到时间+60)，但是如下所述，并非第一窗口部420中示出的所有船舶运动预报都延伸整整60秒。第二窗口部422同样地示出达到先前60秒(即，从时间-60到时间0)的过去船舶运动预报，但是并非所有过去的船舶运动预报都延伸整整60秒。最后，第三窗口部424示出过去船舶运动测量同样被示出达到先前60秒(即，从时间-60到时间0)。

在图4a中示出了几个示例性图形表示。具体而言，图4a示出船舶运动预报的示例性图形表示430、过去船舶运动预报的示例性图形表示432以及过去船舶运动测量的示例性图形表示434。这些示出的示例中的每一个是它们各自的窗口部中的一“行”。然而，应该注意，为了清楚起见，仅示出了每个窗口部中的一行，并且下面将讨论三个窗口部420、422和424的完整示例。

在该示例中，图形表示430位于第一窗口部420的顶行中，因此表示最新的未来运动预报。这意味着图形表示430表示在时域图402中表示的相同预报。

接下来应该注意，在这些示例中，行不一定按比例绘制，并且通常每行将更窄以允许在每个窗口部中同时显示更多图形表示。例如，在典型的实施例中，每个窗口部可以包括30-90行，因此第一窗口部420可以一次显示30-90个处理周期的更多预报。同样地，第二窗口部422和第三窗口部424将显示相同数量的过去船舶运动预报和过去船舶运动测量，使得对应的预报和测量可以水平地对齐。然而，请注意，在一些实施例中，不需要以精确定义的规则间隔产生新船舶运动预报。所述表示的宽度或高度可以改为与每个处理周期之间的时间成比例。反之，尽管预报处理周期速率存在可变性，但可以使用插值方案来设置使所述表示以固定间隔出现。

在该示例中，船舶运动预报的图形表示430包括一行元素，其中该行中的每个元素对应于某个特定未来时间的预报(例如，未来5、10、20、60秒)。

此外，在该示例中，行元素以灰度级表示，相对高强度的灰度像素用于表示第一方向上的预报运动，而相对低强度的灰度像素用于表示与第一方向相反的第二方向上的预测运动。然而，这仅是一个示例，并且在其他示例中，相对高强度的像素可以用于表示与平均值相对大的偏差，而相对低强度的像素表示与平均值相对小的偏差。

如上所述，在典型实施例中，第一窗口部420中的每一行可表示在船舶运动预报系统的一个处理周期期间产生的未来船舶运动的预报。例如，该系统可以在每个处理周期产生60秒的船舶运动预报，并且这种预报的表示可以被添加到第一窗口部420的顶行，而“先前”船舶运动预报的图形表示在第一窗口部420向下滚动。应当注意，当发生这种滚动时，其作为船舶运动预报的表示的一部分成为过去船舶运动预报的一部分。

转到图4b，示出了示例性显示屏幕表示400的滚动表示部401的另一示意图。在该示例中，在第一窗口部420的顶行示出了未来船舶运动预报的图形表示450。再次，这是最新船舶运动预报的图形表示的示例。因为刚刚产生对应的预报，所以在该点的图形表示450包括从时间0到时间60的船舶运动预报。

如上所述，对于每个新周期，产生新预报并且先前产生的表示向下滚动。因此，每次产生新的预报，图形表示450向下滚动一行。随着这种滚动发生，“未来”船舶运动的各部分有效地变成“过去”船舶运动预报。此外，通过该滚动，与这些现在过去的船舶运动预报有关的图形表示的部分移动到第二窗口部422中。

图4b示出图形表示450向下滚动并处于第二位置。在该第二位置，图形表示450的一部分对应于过去船舶运动预报，并且现在在第二窗口部422中，而图形表示450的剩余部分仍表示对未来船舶运动的预报并且仍在第一窗口部420中。具体而言，在该示例中，在稍后时间并且在第二位置的图形表示450现在包括从时间-30到时间+30的船舶运动预报。

图4b还示出了第一窗口部422和第二窗口部424如何一起形成平行四边形显示区域，其一起显示船舶运动预报和过去船舶运动预报。

转到图4c，示出了示例性显示屏幕表示400的滚动表示部401的另一示意图。在该示例中，第一窗口部420、第二窗口部422和第三窗口部424都被示出为填充有未来船舶运动预报、过去船舶运动预报或过去船舶运动测量的图形表示。因此，图4c示出船舶运动预报的滚动表示的完整示例。

应当注意，在该配置中，显示屏幕表示400允许用户快速确定未来船舶运动幅度的一致性。具体而言，在该示例中，在许多处理周期中取得的船舶运动预报被对齐，使得同一时间的预报处于相同的水平位置。作为示例，线460指示现在对于未来22秒预测未来船舶运动的多个预报。线460是连接与同一时间相关的点的等时线。因此，通过沿着线460向上和向下扫描第一窗口部420，用户可以确定预报在未来22秒内的一致性。这允许用户可视地确定可变性并且因此确定那些预报的潜在不确定性。因此，向用户提供对未来船舶运动的预报的可能准确性的改进的理解，因此显示屏幕表示400可以允许用户基于那些预报做出更明智的操作决策。

此外，显示屏幕表示400允许用户快速确定过去船舶运动预报的准确性。具体而言，在该示例中，在许多个周期中取得的过去船舶运动预报被对齐，使得同一时间的预报处于相同的水平位置。此外，这些过去船舶运动预报与同时的过去船舶测量对齐。作为示例，线462指示现在对于过去14秒预测运动的多个过去预报以及此时船舶运动传感器实际测量的内容。线462再次是连接与同一时间相关的点的等时线。因此，通过沿着线462向上和向下扫描第二窗口部422和第三窗口部424，用户可以确定在过去的14秒内的过去预报的准确度。这再次允许用户可视地确定由该系统产生的预报的可变性和准确性，并且可以允许用户基于那些预报做出更明智的操作决策。

在一个实施例中，该船舶运动预报系统可以使用多个雷达(例如，多个雷达108)来产生船舶运动预报。所述多个雷达中的每一个都包括其自己的雷达收发器，因此所述多个雷达中的每一个能够独立地发送和接收雷达信号。因此，所述多个雷达中的每一个可以独立地发射雷达信号，该雷达信号被水面反射，然后被接收，并且用于产生雷达数据。然后，来自所述多个雷达的雷达数据可以组合并用于通过海洋波浪分量产生器产生海洋波浪分量。然后，产生的海洋波浪分量用于产生船舶运动预报。

多个雷达的使用可以以各种方式改进波浪和船舶运动的预报。例如，使用多个雷达可以通过输入更多的海洋表面观测来提高所产生的海洋波浪分量的准确度。多个雷达的使用还有效地增加了用于产生海洋波浪分量的雷达信号的信噪比。增加的信噪比可以减少波浪计算过程中的误差，产生更准确的波场计算，从而实现更准确的船舶运动预报。使用多个雷达还可以增加水面的扫描面积，从而可以促进更全面的波浪和相应的船舶运动预报。例如，在许多应用中，单个雷达不能被有效地定位以提供对船舶周围水面的完整360度扫描。然而，利用多个雷达，不同的雷达可以被配置为以一起提供周围区域的完整全部或接近完整的360度视野并达到最大范围的程度的方式在不同区域或不同范围内操作。

在一些实施例中，通过分别从来自每个雷达的雷达数据产生矩数据，滤波所产生的矩数据，然后组合滤波后的矩数据来组合来自多个雷达的雷达数据。然后，可以使用该组合的矩数据来更准确地产生海洋波浪分量。在其他实施例中，通过分别从来自每个雷达的雷达数据产生海洋波浪分量，然后组合这些海洋波浪分量来组合来自多个雷达的雷达数据。

可以以各种方式实施在产生船舶运动预报中的多个雷达的使用。例如，可以将多个雷达一起安装在一艘船舶上，或者可以安装在多艘船舶上。在一个实施例中，第一雷达被定位成具有靠近船舶的前部区域的水体的视野，而第二雷达被定位在该船舶上以具有靠近该船舶的后部区域的水体的视野。在这样的实施例中，第一雷达可以被定位在船舶的前部区域中，而第二雷达被定位在船舶的后部区域中。在另一个实施例中，第一雷达被定位成具有靠近船舶的右舷区域的水体的视野，而第二雷达被定位在该船舶上以具有靠近该船舶的左舷区域的水体的视野。在这样的实施例中，第一雷达可以被定位在船舶的右舷区域中，而第二雷达被定位在船的左舷区域中。最后，应该注意，这些实施例都不限于仅使用两个雷达。因此也可以实施和使用三个或更多个雷达。

如上所述，在一些实施例中，该船舶运动预报系统和方法使用雷达数据来确定海洋波浪分量，并且从那些海洋波浪分量确定未来船舶运动预报(参见方法300中的步骤304)。可以使用各种不同的技术从雷达数据产生这种海洋波浪分量。现在转到图5，示出了产生海洋波浪分量的示例性方法500。方法500是可用于从雷达数据确定海洋波浪分量的方法类型的示例。

第一步骤502是从雷达数据产生矩数据。通常，矩数据可以包括统计地从雷达数据导出的频率和功率信息。例如，矩数据可以包括雷达信号的频移值(即多普勒频移)，其对应于特定方位角、距离和时间的海面块的速度。矩数据还可以包括雷达信号的功率返回和信噪比。在典型实施例中，针对每个处理周期执行步骤502。因此，可以针对每个雷达的每次扫描产生新的矩数据。此外，该雷达数据包括用于计算矩数据的同相(i)和正交相位(q)分量。

如上所述，该雷达数据可包括来自一个或多个雷达的雷达数据。在这些实施例中，第一矩数据可以从第一雷达产生的第一雷达数据产生，而第二矩数据从第二雷达产生的第二雷达数据产生。然后第一矩数据可以表示第一雷达信号的频移，而第二矩数据可以表示第二雷达信号中的频移。

作为一个示例，可以对来自所述一个或多个雷达的雷达数据执行矩分析方法，以确定水面的每个块的返回雷达信号的频移。另外，矩分析方法可以确定水面的每个块的信号方差和信号功率返回。返回的雷达信号的频移，有时称为多普勒频移，是由水的相应块的相对运动导致的，因此可用于确定水面的相应块的波浪速度。

在一个实施例中，谱矩分析方法提供峰值频移作为第一矩，并且提供频移的分布或方差作为第二矩。由此，谱矩分析方法提供水的每个块的速度的分布或谱。这种速度分布或谱可以由其方差来表征，并且这种方差可以被认为是分布的信噪比的度量。关于这种谱矩分析的更详细的例子，参见benjamins.h.connell等人的“developmentofanenvironmentalandshipmotionforecastingsystem”，asme2015年第34届theocean,offshoreandarticengineering国际会议论文集。

下一步骤504是滤波矩数据。通常，执行对矩数据的这种滤波以识别和隔离可能与进行船舶运动预报相关的矩数据，同时去除其他矩数据。例如，可以通过识别水面的哪些扇区和/或块包含可能显著引起船舶运动的波浪并隔离那些块的矩数据而逐个扇区或逐个块地执行滤波。通过滤波矩数据以仅包括与船舶运动预报相关的矩数据，可以大大减少过程中后续步骤的计算强度。具体而言，通过滤波可显著减少需要从矩数据产生的海洋波浪分量的数量，因此可以更快地并以更少的计算资源完成处理。

在一个实施例中，步骤504仅保留来自已被识别为包含可能影响船舶运动的波浪特征的水的扇区和/或块的矩数据。这可以通过识别哪些扇区和/或块包含以将导致波浪撞击船舶的速度和方向移动的波浪特征来执行，同时考虑到船舶的位置、速度和方向。为了便于这样，可以通过gps和/或船舶导航系统来提供关于船舶的方向和速度的信息。

因此，在具有一个或多个雷达的实施例中，对第一矩数据的滤波可以包括至少部分地基于水体的第一部分中的第一多个扇区中的每个扇区的波浪特征速度和/或方向进行滤波，以识别所述第一多个扇区中包含与预报船舶运动相关的波浪的部分。同样地，对第二矩数据的滤波可以包括至少部分地基于水体的第二部分中的第二多个扇区中的每个扇区的波浪特征速度和/或方向进行滤波，以识别所述第二多个扇区中包含与预报船舶运动相关的波浪的部分。

可以通过从雷达数据产生二维定向谱而不考虑波浪相位或定时来相对快速地确定每个块中的波浪的方向。可以逐个方位角扇区地确定波浪的方向以及哪些波浪将冲击船舶，使得包含在可能影响船舶的方向上移动的波浪的扇区的矩数据可以被识别并保持，同时滤掉其他扇区的矩数据。在进行这些确定时，可以假设各种扇区的每个扇区中的波浪紧密遵循线性波浪理论，其中波浪的速度取决于波浪的波长或频率。

作为另一个示例，可以快速地确定到每个块中的波浪的距离，并且可以排除太远或太近以至于在选定时间段内不影响船舶运动的块。在典型的实施例中，可以在建立波浪预报系统期间基于典型的波浪速度预先配置这些距离。

此外，可以通过识别哪些块包含具有可能在感兴趣的自由度引起显著运动的周期或频率的波浪来执行该滤波。在这种情况下，这将取决于船舶的大小和形状。例如，在为物料运输船设计的系统中，可以滤掉包含周期低于7秒和长于18秒的波浪的块的矩数据，因为不太可能引起显著的船舶运动。再次，在典型的实施例中，可以在建立波浪预报系统期间基于船舶的参数选择这些感兴趣的周期。

因此，在具有一个或多个雷达的实施例中，对第一矩数据的滤波可以包括至少部分地基于水体的第一部分中的第一多个扇区中的每个扇区的波浪周期进行滤波，以识别第一多个扇区中包含与预报船舶运动相关的波浪的部分。同样地，对第二矩数据的滤波可以包括至少部分地基于水体的第二部分中的第二多个扇区中的每个扇区的波浪周期进行滤波，以识别第二多个扇区中包含与预报船舶运动相关的波浪的部分。

此外，该滤波可以被配置为通过滤掉重叠的数据来去除从所述一个或多个雷达接收的冗余雷达数据。具体而言，在该实施例中，滤波后的来自所述一个或多个雷达中的每一个的数据限于水体的某些块，使得仅从一个雷达接收每个块的剩余数据。在该实施例中，可以基于每个雷达的相对位置、从每个雷达收到的雷达信号的功率或来自每个雷达的雷达数据中的噪声来选择滤波后的雷达数据。

在其他实施例中，保留具有相对高能量波浪的块的矩数据，同时滤掉低能量区域的矩数据。

在这些示例的每一个中，步骤504滤波矩数据，以识别并隔离可能与进行船舶运动预报相关的矩数据。通过滤波矩数据以仅包括与船舶运动预报相关的矩数据，可以大大降低下一步骤所需的计算强度。

下一步骤506是从滤波后的矩数据产生海洋波浪分量。再次，这些海洋波浪分量是描述感测到的波浪的离散表示，并且在典型实施例中，使用通过滤波的那些包含可能影响未来船舶运动的波浪特征信息的块来自雷达的若干扫描(数十秒)的多个块产生新的海洋波浪分量。当完全产生时，海洋波浪分量的集合可以通过波浪频率、传播方向、幅度和相位来定义与船舶运动预报相关的水面部分。此外，这些产生的海洋波浪分量的线性叠加及其随时间的演变可用于提供预报区间内海面高升的确定性预报。

可以使用各种技术来产生海洋波浪分量。作为一般示例，可以使用回归处理通过迭代地选择与滤波后的矩数据松散匹配的海洋波浪分量来产生海洋波浪分量。这种回归处理可被认为是滤波后的矩数据与期望的一组海洋波浪分量的过度约束最小二乘拟合。该回归处理有效地促进了从滤波后的矩数据重建相关波场，该重建采用所产生的海洋波浪分量的形式。应该再次注意，在该处理中产生的海洋波浪分量是过度确定的(over-determined)，并且这允许该回归克服滤波后的矩数据中的噪声。

通常，该回归被配置为确定定义感兴趣的水面部分的稳定解所需的海洋波浪分量的数量。可以在系统的设立中预定和配置该海洋波浪分量的数量。

作为一个示例，在利用大约～100,000个矩数据的实施方式中，该系统可以被配置为产生～1000个离散的海洋波浪分量。

随着海洋波浪分量的产生，它们可用于产生未来船舶运动预报。如上面参考图3的步骤306所述，在一个实施例中，提供海洋波浪分量作为查找数据库的输入，然后查找数据库提供从预先计算的值得到的船舶运动的结果预报。因此，该系统可以便于实时确定每个雷达扫描和每个周期的波分量计算的几分钟的船舶运动预报。

如上所述，本文描述的船舶运动预报系统和方法可以使用多个雷达来产生船舶运动预报。所述多个雷达各自发射雷达信号，这些雷达信号从水面反射，然后被接收并用于产生雷达数据。为了便于在船舶运动预报系统中使用多个雷达，这些雷达可以被配置成扫描水面的不同区域。在一些实施例中，这些不同区域可以是非重叠的，而在其他实施例中，不同区域是部分重叠的。

现在转到图6a，示出了具有两个雷达601的示例性船舶600的侧视图，而图6b示出俯视图。在该实施例中，两个雷达601的天线安装在船舶600上相同的一般位置，但是它们被配置为扫描水面604的不同区域。具体而言，第一雷达被配置为发射雷达信号602，雷达信号602在远离船舶600相对远的区域处的水面604反射。这种配置可用于克服雷达的最小和最大距离限制。例如，对于单个雷达不能离船舶足够近(以检测近的波浪)和离船舶足够远(以检测远的波浪)提供扫描的实施方式，两个雷达601可以为提供全覆盖。

因为第一雷达执行旋转扫描，所以由第一雷达扫描的这些区域可以被认为包括第一多个方位角扇区606。同样，第二雷达被配置为发射雷达信号603，雷达信号603从离船舶600相对近的区域的水面604反射。再次，因为第二雷达执行方位角扫描，所以由第二雷达扫描的这些区域可以被认为包括第二多个方位角扇区610。反射的雷达信号602和603在船舶600处被接收回来，它们在此被用于确定对未来船舶运动的预报。应当注意，虽然第一多个方位角扇区606和第二多个方位角扇区610未示出为重叠，但是在一些实施例中，扫描区域和所得到的方位角扇区可以部分重叠。最后，应该注意，图6a和6b未按比例绘制，并且在典型实施方式中，由雷达601扫描的水面604的区域比船舶600大得多。

再次，雷达信号602和603可以以多种方式来利用和组合。在一些实施例中，可以通过分别从雷达信号602和603产生矩数据，滤波所产生的矩数据，然后组合滤波后的矩数据来组合来自雷达信号602和603的雷达数据，以产生所有海洋波浪分量。在其他实施例中，可以通过分别从雷达信号产生海洋波浪分量，然后组合海洋波浪分量来组合来自雷达信号602和603的雷达数据。例如，可以首先分别处理来自非重叠角度区域的雷达信号602和603，以产生非重叠角度区域的海洋波浪分量，然后可以组合这些海洋波浪分量。

同样，这仅是如何配置多个雷达并用于船舶运动预报的一个示例。现在转到图7a，示出了示例性船舶700的俯视图。该船舶包括用于船舶运动预报的第一雷达702和第二雷达704。至少第一雷达702的天线安装在船舶700的前部区域中，而至少第二雷达704的天线安装在船舶700的后部区域中。两个雷达702和704被配置成扫描水面的不同区域。具体而言，第一雷达702被配置为在船舶700的前部区域周围发射雷达信号，该雷达信号从区域710中的水面反射。因此，第一雷达702具有靠近船舶前部区域的水体的视野。第二雷达704被配置成在船舶700的后部区域周围发射雷达信号，该雷达信号从区域712中的水面反射。因此，第二雷达704具有靠近船舶后部区域的水体的视野。同样，这些区域710和712都可以被认为包括由相应雷达的扫描区域限定的多个方位角扇区。应该注意的是，区域710和712未按比例绘制，并且在典型的实施方式中，雷达将被配置为扫描比船舶700大得多的区域。

在该实施例中，两个雷达702和704可以一起提供对船舶700周围的水面的全场(例如，360度)扫描。此外，在船舶的结构和布置会阻挡单个雷达的全扫描的情况下，可以为船舶提供这种360度扫描。例如，在沿着船舶700的轴线存在显著的雷达阻挡结构(例如，主桥)的情况下。

图7a示出一起安装在船舶700上的多个雷达702和704，这也仅是实施船舶运动预报系统以使用多个雷达的一种方式。例如，在其他实施例中，多个雷达可以分布在多个不同的船舶上。现在转到图7b，示出了第一船舶750和第二船舶751的俯视图。第一船舶750和第二船舶751被示出为机械地耦合在一起，如在船之间转移货物期间可能发生的那样。当然，这仅是一个示例，并且第一船舶750和第二船舶751可以改为处于不同的紧密接近配置。

第一船舶750包括第一雷达752，第二船舶751包括第二雷达754。具体而言，至少第一雷达752的天线安装在第一船舶750上，而至少第二雷达754的天线安装在第二船舶751上。两个雷达752和754也被配置成扫描水面的不同区域。具体而言，在该配置中，第一雷达752被配置为在船舶750和船舶751的前部区域周围发射雷达信号，该雷达信号从区域760中的水面反射。第二雷达754被配置为在船舶750和船舶751的后部区域周围发射雷达信号，该雷达信号从区域764中的水面反射。同样，区域760和762也都可以被认为包括由相应雷达的扫描区域限定的多个方位角区域。还应该注意，区域760和762未按比例绘制，并且在典型的实施方式中，雷达将被配置扫描为比船舶750和751大得多的区域。

应当注意，在该实施例中，可以在雷达752和754之间建立通信网络并用于促进在单个船舶运动预报系统收集雷达数据。例如，可以在两艘船舶750和751之间建立无线数据网络，并用于将雷达数据从一艘船舶传送到另一艘船舶，然后可以在一个统一的系统上一起执行对两艘船舶的船舶运动预报。还应注意，在某些情况下，可以在将雷达数据传输到另一艘船舶之前，在一艘船舶上对雷达数据执行一些处理，以降低船舶之间通信网络的数据率。

图7a和7b中由两个雷达产生的雷达信号也可以以多种方式利用和组合。在一些实施例中，可以通过分别从雷达信号产生矩数据，滤波所产生的矩数据，然后组合滤波后的矩数据来组合来自雷达信号的雷达数据，以产生所有海洋波浪分量。在其他实施例中，可以通过分别从雷达信号产生海洋波浪分量，然后组合海洋波浪分量来组合来自两个雷达的雷达数据。例如，可以首先分别处理来自扫描非重叠角度区域的不同雷达的雷达信号，以产生非重叠角度区域的海洋波浪分量，然后可以组合这些海洋波浪分量。

现在转到图8，示出了示例性处理系统1000。处理系统1000示出了可用于实施船舶运动预报系统的处理系统的一般特征。当然，这些特征仅仅是示例性的，并且应该理解，可以使用可以包括更多或不同特征的不同类型的硬件来实施本发明。应当注意，处理系统1000可以在许多不同的环境中实施，例如，作为跨越多个站点的大型联网计算机系统的一部分或者作为离散的单独计算机系统。例如，处理系统1000可以在要对其进行船舶运动预报一艘或多艘船舶上的计算机系统上实施。示例性处理系统1000包括处理器1010、接口1030、存储设备1090、总线1070和存储器1080。根据本发明的实施例，存储器1080包括实施该波浪感测和船舶运动预报系统的程序。因此，可以实施这些程序以执行上面参考图1-7b描述的船舶运动预报方法。

处理器1010执行系统1000的计算和控制功能。处理器1010可以包括任何类型的处理器，包括诸如微处理器的单个集成电路，或者可以包括协同工作的任何合适数量的集成电路设备和/或电路板，以完成处理单元的功能。另外，处理器1010可以包括在分开的系统上实施的多个处理器。例如，在多船系统(例如，图7b)的情况下，处理器1010可包括第一艘船舶上的一个或多个处理器和第二艘船舶上的一个或多个处理器。另外，处理器1010可以是整个更大的计算机系统的一部分。在操作期间，处理器1010执行包含在存储器1080内的程序，并且因此控制处理系统1000的一般操作。

存储器1080可以是任何类型的适当存储器。这将包括各种类型的动态随机存取存储器(dram)，如sdram，各种类型的静态ram(sram)以及各种类型的非易失性存储器(prom、eprom和闪存)。应当理解，存储器1080可以是单一类型的存储部件，或者它可以由许多不同类型的存储部件组成。另外，存储器1080和处理器1010可以分布在共同构成处理系统1000的若干不同物理设备上。例如，存储器1080的一部分可以驻留在一个计算机系统上，而另一部分可以驻留在第二计算机系统上。对于特定示例，在多船系统(例如，图7b)的情况下，存储器1080可包括第一船舶上的存储部件和在第二船舶上的存储部件。

总线1070用于在处理系统1000的各部件之间传输程序、数据、状态和其他信息或信号。总线1070可以是连接计算机系统和部件的任何合适的物理或逻辑手段。这包括但不限于直接硬连线连接、光纤、红外和无线总线技术。还应注意，处理系统1000的各方面可以实施为单个片上系统(soc)。在这种情况下，总线1070可以包括soc的内部总线。

接口1030允许与处理系统1000通信，并且可以使用任何合适的方法和设备来实施。它可以包括用于与诸如船上导航和控制系统之类的其他系统通信的网络接口，以及用于与技术人员通信的终端接口，以及用于连接到诸如存储设备1090的存储设备的存储接口。存储设备1090可以是任何合适类型的存储设备，包括直接访问存储设备，如硬盘驱动、闪存系统、固态驱动和光盘驱动。如图8中所示，存储设备1090可以包括使用盘1095来存储数据的盘驱动设备。

应当理解，虽然本文在全功能的计算机系统的背景下描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明的机制能够作为程序产品以各种形式分布，并且本文描述的实施例同等适用，而与用于执行该分布的可记录介质的特定类型无关。可记录介质的示例包括：磁盘、闪存设备、硬盘驱动、存储卡和光盘(例如，盘1095)。

对具体实施例的以上描述充分揭示了本发明主题的一般本质，使得其他人可以通过应用当前知识，在不脱离一般概念的情况下容易地修改和/或使其适用于各种应用。因此，这些调整和修改在所公开实施例的等同物的含义和范围内。本发明的主题包含落入所附权利要求的精神和宽范围内的所有这些替代、修改、等同物和变化。

以上详细描述本质上仅是说明性的，并不旨在限制本主题的实施例或这些实施例的应用和使用。如这本文使用的，词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述为示例性的任何实施方式都不必被解释为比其他实施方式更优选或更具优势。此外，无意受前述技术领域、背景技术、

技术实现要素：
或之后的详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

本文可以在功能和/或逻辑块部件方面并且参考可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技术。这些操作、任务和功能有时被称为计算机执行、计算机化、软件实施或计算机实施。实际上，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其他处理来执行所描述的操作、任务和功能。保持数据位的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光或有机属性的物理位置。应当理解，图中所示的各种块部件可以由被配置为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。