专利名称：一种应用于边防的基于数字化航海雷达技术海域监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海域监控系统，具体的说是一种应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统。
背景技术：
在边防实际应用中，违法违规(例如非法搭靠、越界捕捞、偷渡等)船舶一般都未安装定位设备，现有边防船舶监控系统一般通过被动接收船舶发射的定位信息来跟踪船舶，无法监控此类船舶。监控雷达作为自主的对环境具有全景式监测能力的控测设备，可对船舶监控系统的定位信息进行补充，保证边防部队更全面的监控船舶，及时发现可疑船舶·并处理，实现真正意义上的科技管海、控海。
发明内容
本发明的目的是针对现有海域监控技术的滞后，提供一种基于数字化航海雷达技术的智能化、高效的海域监控系统。本发明的目的是通过以下技术方案解决的
一种应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，所述的方法步骤如下
(1)远程雷达站系统搭建；
(2)监控雷达站系统搭建；
(3)远程控制客户端与服务器系统搭建。所述步骤(I)中的远程雷达站是由天线、收发机、处理单元及基建设施组成。每一个远程监控雷达站都可以独立运行，通过网络进行控制，并可以连接后台服务器网络。所属步骤(I)中的远程雷达站的几件设施必须对雷达站提供稳定220V电源及千兆网络接口。所述步骤(I)中的远程雷达站中的处理单元包含图像处理模块、目标捕捉模块、目标跟踪与分析模块和网络接口模块。所述步骤(I)中的远程雷达站中的网络接口模块提供两种接口，一是监控雷达控制接口，可通过专用监控雷达客户端对监控雷达站进行全面控制与原始数据观测；二是专用网络目标反馈接口，可根据已有监控网络，定时向服务器提交最新跟踪目标信息。所述步骤(2)中的监控雷达站包含天线单元、发射机单元、接收机单元、信号处理单元和电源单元。 所述的步骤(2 )中的监控雷达站中的天线单元，其天线类型为裂缝天线，也称波导槽阵天线，天线的设计参照切比雪夫分布和泰勒分布。所述的步骤(2)中的监控雷达站中的发射机单元，发射机的调制器类型属于刚性调制器。所述的步骤(3)中的远程控制客户端是客户端是基于ANSI C编写，可集成于已有系统。所述的步骤(3)中的服务器系统是基于ANSI C，可集成于已有系统。本发明相比现有技术有如下优点
本发明基于X波段与S波段监控雷达对海面区域主动式扫描，可全天候探测海面以上各类目标。本发明的监控雷达获取的目标经滤波处理后，转换成数字信号，可以通过网络传输。本发明的远程客户端可以通过网络，控制监控雷达的所有功能，并可以远程观测监控雷达原始图像。本发明的每一台监控雷达的处理单元经过初始设置后，都可以独立脱管运作，并 将自动捕捉到的目标依照定制接口传送到后台服务器。本发明提供服务器数据处理模块，可以实现雷达目标与AIS目标融合显示于电子海图上，并提供相应的警报设定功能。
附图I为本发明的流程示意 附图2为远程监控雷达站信号处理流程；
附图3为12KW监控雷达收发机及天线；
附图4为监控雷达处理单元黑盒；
附图5为天线单元原理 附图6为发射机单元原理 附图7为接收机原理 附图8为雷达信号采集卡原理 附图8为嵌入式主机单元原理 附图9为电源单元原理 附图10为本发明嵌入式软件流程图。
附图11为本发明嵌入式软件流程图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。如图I所示，本系统是基于多点X波段与S波段监控雷达站，通过网络连接，实现的主动式海面监控网络。同时，融合数字图像处理技术及软件技术，实现监控雷达站自主管理，主动捕捉目标，并与专用监控网络实现对接，实时上传监控信息。步骤一
如图2所示，远程监控雷达站是由天线、收发机、处理单元及基建设施组成。远程监控雷达站布防在沿海各点，覆盖需监控的海域。每一个远程监控雷达站都可以独立运行，通过网络进行控制，并可以连接后台服务器网络。远程监控雷达站架设于室外，处于开阔地带，面向检测海域。基建设施中，只需对雷达站提供稳定220V电源及千兆网络接口即可。
单个监控雷达站可精确扫描至少6海里半径内目标。多点监控雷达站扫描区域叠加覆盖，可大幅提高探测准确性及抗杂波性能。
监控雷达站处理单元中，包含了 (1)图像处理模块(海浪抑制、雨雪抑制等)；(2)目标捕捉模块；(3)目标跟踪与分析模块；(4)网络接口模块。
其中，网络接口模块提供2种接口 (1)监控雷达控制接口。可通过专用监控雷达客户端对监控雷达站进行全面控制与原始数据观测；(2)专用网络目标反馈接口。可根据已有监控网络，定时向服务器提交最新跟踪目标信息。
用户可通过监控雷达客户端远程控制每个监控雷达站，设定目标捕捉规则。之后，远程监控雷达站可全天候工作，自动调整图像，依照规则捕捉目标。可获得目标的(1)位置信息(经纬度)；(2)航行信息(航向航速)；(3)雷达信息(回波面积)；
远程监控雷达站可自动访问专用网络数据库，提交捕捉到的目标信息。
步骤二
如图3和图4所示，监控雷达站系统主要由监控雷达收发机、雷达天线及监控雷达处理单元黑盒组成。如图5所示，天线单元的主要作用是完成雷达波的空间定向辐射与反射雷达波的定向接收任务。天线类型为裂缝天线，也称波导槽阵天线。天线的设计参照切比雪夫分布和泰勒分布，经多次实践总结编写了一套裂缝天线设计的软件。波导裂缝辐射角度的分布就是由该软件设计而得。该软件已经申请国家著作权保护。如图6所示，发射机的调制器类型属于刚性调制器。触发脉冲/重复频率发生器由一片CPLD加时钟电路组成，其中也包括了开机延迟、脉冲宽度控制、过载保护等电路。经由MOSFETs控制的电压送到脉冲变压器，形成高压推动磁控管。磁控管向系统提供X波段或S波段的雷达微波能量。如图7所示，接收机通过微波前端完成微波低噪声放大、混频、滤波等功能。然后经由中放板将微弱的中频信号不失真放大十数万倍，经检波形成视频信号。其中还包括一些自动频率调整、增益控制及干扰抑制电路。最后使用阻抗匹配电路将雷达视频信号调理后为远距离传输做好准备。如图8所示，来自雷达接收机的雷达回波视频信号，首先经过视频放大处理。这一工作由一片运算放大器加外围电路组成。雷达回波视频信号为模拟信号，经过A/D转换成可以被计算机处理的数字信号。A/D转换器由A/D芯片加外围电路构成，采样速率为SOMHz-Byte，分辨率为12位bit，保证了近距离回波图象的清晰。数字信号处理器由DSP、FPGA加外围电路构成。它引入了雷达视频信号(数字)、触发信号、船艏信号、方位信号，再加上由嵌入式主机传来的杂波抑制控制信号，进行了同步、累积、回波平均、杂波抑制等处理，然后将处理后的数据送往嵌入式主机。如图9所示，嵌入式主机采用嵌入式工业控制计算机。为了提高整个系统的可靠性，软件操作系统采用嵌入式Linux。它具有很好的可靠性和健壮性，而实时性也完全可以满足系统的需要。嵌入式主机物理上可以通过局域网RJ45接口对外连接。
如图10所示，电源单元是雷达的重要部件，关系到系统的稳定性。本公司在监控雷达电源的设计和制造上，采用现代开关电源技术和优良的器件，使电源更加稳定可靠。雷达的外部电源输入规定为直流电压24V(可由220V交流电源转换产生)，功率100W之内。该电源接入后，经过隔离，稳压，转变成+24V直流电压。再降压成+-12V，+5V的电压，供各电路使用。并且由直接输入电压隔离升压成250V至600V的电压，供发射机使用。如图11所示，本公司针对嵌入式主机，完全自主研发了全套基于Linux的监控雷达系统软件。软件功能主要实现监控雷达信号处理、目标捕捉与网络接口。
步骤三
用户可以通过远程客户端对监控雷达站进行全面的控制与监控。客户端是基于ANSI C编写，可集成于已有系统，实现以下功能(1)与远程监控雷达站实现网络连接；(2)对监控雷达站进行控制，包括图像处理设置、目标捕捉规则设置、系统设置、服务器设置等；(4)观测实时的雷达图像。
服务器功能模块基于ANSI C，可集成于已有系统，提供以下算法(1)雷达目标与AIS目标数据融合；(2)雷达目标航迹跟踪(需数据库支持);(3)符合国际标准的雷达目标绘制。
至此，整个发明过程处理完毕。
权利要求
1.一种应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，所述的方法步骤如下 (1)远程雷达站系统搭建； (2)监控雷达站系统搭建； (3)远程控制客户端与服务器系统搭建。
2.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述步骤(I)中的远程雷达站是由天线、收发机、处理单元及基建设施组成，每一个远程监控雷达站都可以独立运行，通过网络进行控制，并可以连接后台服务器网络。
3.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所数步骤(I)中的远程雷达站的几件设施必须对雷达站提供稳定220V电源及千兆网络接口。
4.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述步骤(I)中的远程雷达站中的处理单元包含图像处理模块、目标捕捉模块、目标跟踪与分析模块和网络接口模块。
5.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述步骤(I)中的远程雷达站中的网络接口模块提供两种接口，一是监控雷达控制接口，可通过专用监控雷达客户端对监控雷达站进行全面控制与原始数据观测；二是专用网络目标反馈接口，可根据已有监控网络，定时向服务器提交最新跟踪目标信息。
6.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于述步骤(2)中的监控雷达站包含天线单元、发射机单元、接收机单元、信号处理单元和电源单元。
7.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述的步骤(2)中的监控雷达站中的天线单元，其天线类型为裂缝天线，也称波导槽阵天线，天线的设计参照切比雪夫分布和泰勒分布。
8.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述的步骤(2)中的监控雷达站中的发射机单元，发射机的调制器类型属于刚性调制器。
9.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述的步骤(3)中的远程控制客户端是客户端是基于ANSI C编写，可集成于已有系统。
10.根据权利要求I所述的应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统，其特征在于所述的步骤(3)中的服务器系统是基于ANSI C，可集成于已有系统。
全文摘要
本发明公布了一种一种应用于边防的基于数字化航海雷达技术的海域监控系统。其步骤如下(1)远程雷达站系统搭建；(2)监控雷达站系统搭建；(3)远程控制客户端与服务器系统搭建。本发明是基于多点X波段与S波段监控雷达站，通过网络连接，实现的主动式海面监控网络。同时，融合数字图像处理技术及软件技术，实现监控雷达站自主管理，主动捕捉目标，并与专用监控网络实现对接，实时上传监控信息。
文档编号G01S13/89GK102854503SQ20111017387
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者杨大宁, 张旭升, 王华祥 申请人:镇江光宁航海电子科技有限公司