水域监视多元联合感知装置及其感知方法与流程

本发明涉及水域监测领域，具体涉及一种水域监视多元联合感知装置及其感知方法。

背景技术：

目前，我国VTS的核心设备和系统集成99％来源于国外，主要由德国ATLAS、法国SFROELOG、荷兰HITT和挪威NORCONTROL等国外公司垄断，引进的系统单站居多，相邻水域VTS数据交换不畅通，联网困难，各系统相对独立，一个个区段如同一个个‘信息孤岛’，信息化整合度不高，整体的数据库共享程度较低，加上国外公司技术保密，无法自主进行软件升级和信息源增减，制约了海事信息化的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种水域监视多元联合感知装置及其感知方法，采用先进的多源目标融合算法提供高精度的目标参数，在雷达显示目标回波的同时，采集其他传感器数据进行综合分析与处理，实现雷达目标信息、AIS目标信息、多点定位信息、气象信息和光学图像信息同时同步融合。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种水域监视多元联合感知系统，包括监视雷达、目标检测跟踪系统、综合数据处理系统、AIS船舶自动识别系统和光电设备，所述目标检测跟踪系统通过内部专用线分别与监视雷达、AIS船舶自动识别系统和光电设备连接；所述综合数据处理系统通过网络交换机与目标检测跟踪系统连接；所述外部数据接口通过RS422接口与选配外部数据设备连接，用于灵活地连接选配外部数据设备；所述外部数据接口通过100/1000M接口，预留信息中心、相邻水域各站；

所述监视雷达内设有自适应智能化杂波抑制模块，用于根据气象状况、海浪、潮汐和水质，自动修正权值，智能地调整雷达的发射频率、信号带宽；

所述目标检测跟踪系统引入匀速模型，匀变速模型，转弯模型，通过交互多模型滤波算法得到目标的状态估计，采用精细化相关识别技术，目标回波精细特性分析的点迹凝聚算法、机动目标自适应跟踪算法；

所述综合数据处理系统采用多源目标融合算法。

所述选配设备包括测向定位设备、气象设备、能见度设备、VHF无线通信设备；气象设备、能见度设备与综合数据处理系统连接；测向定位设备与目标检测跟踪系统连接；VHF无线通信设备分别与目标检测跟踪系统和综合数据处理系统连接。

所述光学设备镜头包括日夜两用镜头和透雾镜头，全天候监控。

所述通信网络采用100/1000MCSMA/CD和RS422总线链路。

所述光电智能设备内设有光电设备综合控制模块。

上述的水域监视多元联合感知系统的感知方法，包括如下步骤：

S1、雷达设备完成海面目标的搜索、跟踪，系统对光电设备进行引导，综合显示目标图像，提供目标态势；

S2、系统在雷达探测基础上，进一步对海杂波背景下的目标进行检测、跟踪处理，发现目标并完成跟踪；

S3、系统对信息进行解算融合处理后，准确地引导控制光电设备指向目标所在位置，对目标进行探测成像，完成海面目标观察、跟踪、识别和监视，截取目标图像，提供目标雷达坐标信息和光学图像信息。

本发明具有以下有益效果：

采用先进的多源目标融合算法提供高精度的目标参数，在雷达显示目标回波的同时，采集其他传感器数据进行综合分析与处理，实现雷达目标信息、AIS目标信息、多点定位信息、气象信息和光学图像信息同时同步融合；采用全软件的方式，完成雷达的信号处理、数据处理、显示及操控、存储等功能，为多元联合、全方位覆盖、信息共享的水域感知系统提供一个新的途径。

附图说明

图1为本发明实施例水域监视多元联合感知装置的结构示意图。

图2为本发明实施例水域监视多元联合感知装置的感知流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种水域监视多元联合感知系统，包括监视雷达、目标检测跟踪系统、综合数据处理系统、AIS船舶自动识别系统和光电设备，所述目标检测跟踪系统通过内部专用线分别与监视雷达、AIS船舶自动识别系统和光电设备连接；所述综合数据处理系统通过网络交换机与目标检测跟踪系统连接；所述外部数据接口通过RS422接口与选配外部数据设备连接，用于灵活地连接选配外部数据设备；所述外部数据接口通过100/1000M接口，预留信息中心、相邻水域各站；

所述监视雷达内设有自适应智能化杂波抑制模块，用于根据气象状况、海浪、潮汐和水质，自动修正权值，智能地调整雷达的发射频率、信号带宽；

所述目标检测跟踪系统引入匀速模型，变速模型，转弯模型，通过交互多模型滤波算法得到目标的状态估计，采用精细化相关识别技术，目标回波精细特性分析的点迹凝聚算法、机动目标自适应跟踪算法；采用小目标检测跟踪核心算法：首先对雷达原始回波进行数字化处理，预处理；然后进行关联参数计算；最后进行联合概率计算；通过小概率事件求解分析，提高事件判定的置信度，实现小目标检测跟踪。

所述综合数据处理系统采用多源目标融合算法；在雷达显示目标回波的同时，采集其他传感器数据进行综合分析与处理，实现雷达目标信息、AIS目标信息、多点定位信息、气象信息和光学图像信息同时同步融合和显示。同时关联不同传感器测得的同一目标，这样做当目标数量少且相互位置较远时，关联容易实现，而当目标数量多且相互位置较近时，目标的观测数据相似度更近，关联就容易产生错误，通过分类聚合分析方法等对目标测量数据进行分级分类，多元压缩、分析尽可能地保留原始变量的信息，根据数据本身所具有的定性或定量的特征来对大量的数据进行分类，然后从每一类中选取出一个代表型的指标，聚到同一个数据集，通过类聚分析方法等对目标测量数据进行类聚，以区分源不同、相同目标的数据，实现对目标的准确融合和显示。

所述选配设备包括测向定位设备、气象设备、能见度设备、VHF无线通信设备；气象设备、能见度设备与综合数据处理系统连接；测向定位设备与目标检测跟踪系统连接；VHF无线通信设备分别与目标检测跟踪系统和综合数据处理系统连接。

所述光学设备镜头包括日夜两用镜头和透雾镜头，全天候监控。如果配备普通镜头使用，于夜间会令图像模糊，日夜两用镜头采用特别设计的光学镜片，长焦高倍率镜头，最常用的焦距为25mm到长焦距1500mm的镜头。透雾镜头是指在红外光领域的近红外光线(700nm-950nm)的透过率非常高(透光窗口)；且同时具备能控制这种近红外光线成像面(摄像机CCD靶面)功能的镜头。通过将这种镜头与高性能日夜两用摄像机配套使用，实现镜头的透雾功能。

所述通信网络采用100/1000MCSMA/CD和RS422总线链路；具体的：

通信网络为100/1000MPBS高速以太网链路数据链路MCSMA/CD；设备数据为RS422总线，RS-422收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。RS-422电气规定-7V至+7V之间，采用四线连接，能实现点对多的通信模式，有一个主(Master)设备，其余为从设备(Slave)。

所述光电智能设备内设有光电设备综合控制模块。

本具体实施雷达对所观察海域进行全方位目标搜索和探测，通过雷达接口模块将雷达信号送信号采集模块，经过雷达视频信号处理、目标跟踪和显示控制，完成目标检测、提取和跟踪，提高目标综合检测跟踪能力；系统对雷达、AIS等多源目标数据自动进行信息融合处理，捕获和跟踪各类水上目标，建立目标航迹，实时全方位、全量程的目标信息显示，提供全方位综合目标态势图；为光电设备提供目标指示，完成设备状态、姿态信息和跟踪信息的交互；能连续为光电设备提供关注目标的位置信息，显示光电设备获取的实时视频图像信息。

光电设备完成水面目标观察、跟踪和识别，具备受控和独立工作两种模式；昼夜对观察水域进行目标成像，对目标图像信息进行视频处理；独立工作模式：能手动或自动进行区域扫描，能在白天、夜间对海上目标进行成像，获取直观、真实、清晰的目标图像，探测水上目标，对其进行图像识别和自动跟踪；受控工作模式：在雷达引导下，对目标快速成像、识别和跟踪；自动跟踪目标，截取目标图像；能实时记录、存储和回放目标信息。

系统改进雷达探测信号检测和数据处理，建立在强海杂波背景下目标提取和跟踪的数学模型，着力解决在复杂海情下的目标探测和跟踪，提高目标提取能力；利用光学直观可视特性，配合雷达对目标进行识别；利用雷达数据率高、探测范围大的特点，引导光学设备对重点方向、重点目标进行跟踪识别。光电设备选用红外成像技术能昼夜对目标进行观察，对目标成像，对目标进行详细观察，掌握目标的行动细节；利用透雾技术提高光学设备在恶劣气象条件下的环境适应性，并摄取目标彩色图像或黑白图像；通过雷达和光电一体化设计，系统对目标信息进行集中显示，使雷达和光电构成一个有机的整体，为观通站提供全天候目标探测识别系统。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种水域监视多元联合感知系统的感知方法，包括如下步骤：

S1、雷达设备完成海面目标的搜索、跟踪，系统对光电设备进行引导，综合显示目标图像，提供目标态势；

S2、系统在雷达探测基础上，进一步对海杂波背景下的目标进行检测、跟踪处理，发现目标并完成跟踪；

S3、系统对信息进行解算融合处理后，准确地引导控制光电设备指向目标所在位置，对目标进行探测成像，完成海面目标观察、跟踪、识别和监视，截取目标图像，提供目标雷达坐标信息和光学图像信息。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。