一种海洋航运高速信号采集和补偿装置及方法与流程

本发明涉及航海技术领域，具体为一种海洋航运高速信号采集和补偿装置及方法。

背景技术：

航海雷达是船舶航行安全的基本保障手段，一直在航海领域发挥重要作用，现有航海雷达图像实时观测周围情况尚不具备任何对目标航迹的判断能力，标绘的方式工作量大，标绘精度低，不具备对目标运动的预先判断功能，目前通用的航海雷达大都采用磁控管工作方式，不方便使用多普勒目标回波信息，过去采用模拟电路的方式，其缺点是曲线难以符合回波的实际状态，且不能在使用中自适应调整，无法满足海浪的动态抑制，而全固态可利用目标多普勒特性的航海雷达目前还很少见也很昂贵，因此我们对此做出改进，提出一种海洋航运高速信号采集和补偿装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海洋航运高速信号采集和补偿装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海洋航运高速信号采集和补偿装置及方法，包括计算机、海浪自适应控制器、雷达和溢油图像记录仪，计算机包括数据采集传感器、动态基准模块和定量计算模块，数据采集传感器设置在计算机的内部，动态基准模块和定量计算模块均通过数据传输线连接至数据采集传感器的输出端，动态基准模块和数据采集传感器之间连接有滤波模块，动态基准模块的输出端连接有差分模块，定量计算模块的输出端连接有检测处理模块，海浪自适应控制器包括信号采集单元、海浪曲线检测器和增益匹配分析器，信号采集单元、海浪曲线检测器和增益匹配分析器均设置在海浪自适应控制器内部，信号采集单元输出端连接至海浪曲线检测器输入端，海浪曲线检测器输出端连接至增益匹配分析器输入端，海浪曲线检测器和增益匹配分析器之间连接有海浪抑制器，雷达包括雷达数据采集卡和处理器，雷达数据采集卡和处理器通过数据线相连接，雷达数据采集卡的输入端连接有罗经、计程仪和天线收发单元，溢油图像记录仪包括数据采集传感器、数模、模数转换器和处理器，数据采集传感器的输出端连接至数模、模数转换器，数模、模数转换器和处理器通过内部电线相连接，数据采集传感器和处理器之间连接有帧存储器，海浪自适应控制器、雷达和溢油图像记录仪均倾斜贯穿工作台，计算机嵌套在工作台内部，且计算机上表面设置在工作台内部，工作台的下方固定有工作台底座，海浪自适应控制器通过增益匹配分析器连接至雷达，雷达通过数据采集传感器分别连接至计算机和溢油图像记录仪。

优选地，海浪自适应控制器、雷达和溢油图像记录仪的上表面均安装有液晶显示屏，海浪自适应控制器外部设置有若干个旋钮，雷达和溢油图像记录仪外部设置有若干个功能键，液晶显示屏可以更清晰的显示数据，旋钮和功能键便于设备操作。

优选地，计算机的表面为触屏操控液晶显示屏，且触屏操控液晶显示屏的面积大于液晶显示屏的面积，触屏操控液晶显示屏两侧设置有若干个旋钮和功能键，触屏操控液晶显示屏便于工作人员进行操控计算，显示清晰明了。

优选地，计算机内部设置的检测处理模块的输出端连接有联动报警单元，联动报警单元通过内部电线连接至声光报警器，声光报警器对称安装在工作台底座两侧，可进行预警防备工作，提高安全度。

优选地，雷达数据采集卡通过pci插槽和雷达相连接，雷达数据采集卡输出端通过数据传输线连接有gps和ais，可对船只精准定位，对周围海域进行实时监测。

优选地，信号采集单元、海浪曲线检测器、海浪抑制器和增益匹配分析器内部均嵌入有fpga芯片，相互配合工作，集成海浪自适应控制器。

优选地，雷达接收端通过信号采集单元连接至海浪自适应控制器，且雷达接收端通过天线收发单元连接至雷达，可将高速信号传送至海浪自适应控制器和雷达中。

优选地，雷达接收端固定安装在转动圆台上方，转动圆台底部设置在安装板的内部，安装板底部通过伸缩电机的输出轴连接至固定圆盘，固定圆盘底部安装有安装柱，使得雷达接收端可全方位旋转。

优选地，转动圆台一侧设置有驱动电机，转动圆台和驱动电机外部均设置有齿轮，齿轮之间通过链条相啮合，驱动电机可驱动齿轮旋转，从而带动转动圆台转动。

优选地，伸缩电机安装在安装柱内部，固定圆盘两侧设置有伸缩杆，通过调节伸缩电机和伸缩杆可以对雷达接收端的高度位置进行改变，使得检测范围更加广泛。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明可以对近岸海域、航线和锚地等地区海面油膜现象进行全天候检测和实时检测，可以给工作人员提供准确和高效的动态信息，且航海雷达溢油检测技术系统中的雷达天线检测范围广。

2、本发明采用雷达信号数字化的方法，可以通过设置在雷达终端的信号部分，通过增益匹配器能感应海浪抑制后的信号强度，从而反馈给海浪曲线检测器，并调整相应的海浪抑制曲线，从而实现自适应海浪动态调整，具有结构简单、成本低、性能好的特点。

附图说明

图1为本发明工作台整体结构示意图；

图2为本发明雷达接收端安装架结构示意图；

图3为本发明整体流程结构示意图。

图中：1-工作台；2-计算机；3-海浪自适应控制器；4-液晶显示屏；5-雷达；6-溢油图像记录仪；7-声光报警器；8-工作台底座；9-雷达接收端；10-齿轮；11-安装板；13-转动圆台；14-驱动电机；15-伸缩杆；16-固定圆盘；17-安装柱；18-信号采集单元；19-海浪曲线检测器；20-海浪抑制器；21-增益匹配分析器；22-罗经；23-gps；24-ais；25-计程仪；26-天线收发单元；27-差分模块；28-动态基准模块；29-滤波模块；30-雷达数据采集卡；31-数据采集传感器；32-帧存储器；33-数模、模数转换器；34-处理器；35-定量计算模块；36-检测处理模块；37-联动报警单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种海洋航运高速信号采集和补偿装置及方法，包括计算机2、海浪自适应控制器3、雷达5和溢油图像记录仪6，计算机2包括数据采集传感器31、动态基准模块28和定量计算模块35，数据采集传感器31设置在计算机2的内部，动态基准模块28和定量计算模块35均通过数据传输线连接至数据采集传感器31的输出端，动态基准模块28和数据采集传感器31之间连接有滤波模块29，动态基准模块28的输出端连接有差分模块27，定量计算模块35的输出端连接有检测处理模块36，海浪自适应控制器3包括信号采集单元18、海浪曲线检测器19和增益匹配分析器21，信号采集单元18、海浪曲线检测器19和增益匹配分析器21均设置在海浪自适应控制器3内部，信号采集单元18输出端连接至海浪曲线检测器19输入端，海浪曲线检测器19输出端连接至增益匹配分析器21输入端，海浪曲线检测器19和增益匹配分析器21之间连接有海浪抑制器20，雷达5包括雷达数据采集卡30和处理器34，雷达数据采集卡30和处理器34通过数据线相连接，雷达数据采集卡30的输入端连接有罗经22、计程仪25和天线收发单元26，溢油图像记录仪6包括数据采集传感器31、数模、模数转换器33和处理器34，数据采集传感器31的输出端连接至数模、模数转换器33，数模、模数转换器33和处理器34通过内部电线相连接，数据采集传感器31和处理器34之间连接有帧存储器32，海浪自适应控制器3、雷达5和溢油图像记录仪6均倾斜贯穿工作台1，计算机2嵌套在工作台1内部，且计算机2上表面设置在工作台1内部，工作台1的下方固定有工作台底座8，海浪自适应控制器3通过增益匹配分析器21连接至雷达5，雷达5通过数据采集传感器31分别连接至计算机2和溢油图像记录仪6。

海浪自适应控制器3、雷达5和溢油图像记录仪6的上表面均安装有液晶显示屏4，海浪自适应控制器3外部设置有若干个旋钮，雷达5和溢油图像记录仪6外部设置有若干个功能键，液晶显示屏4可以更清晰的显示数据，旋钮和功能键便于设备操作，计算机2的表面为触屏操控液晶显示屏，且触屏操控液晶显示屏的面积大于液晶显示屏4的面积，触屏操控液晶显示屏两侧设置有若干个旋钮和功能键，触屏操控液晶显示屏便于工作人员进行操控计算，显示清晰明了，计算机2内部设置的检测处理模块36的输出端连接有联动报警单元37，联动报警单元37通过内部电线连接至声光报警器7，声光报警器7对称安装在工作台底座8两侧，可进行预警防备工作，提高安全度，雷达数据采集卡30通过pci插槽和雷达5相连接，雷达数据采集卡30输出端通过数据传输线连接有gps23和ais24，可对船只精准定位，对周围海域进行实时监测，信号采集单元18、海浪曲线检测器19、海浪抑制器20和增益匹配分析器21内部均嵌入有fpga芯片，相互配合工作，集成海浪自适应控制器3，雷达接收端9通过信号采集单元18连接至海浪自适应控制器3，且雷达接收端9通过天线收发单元26连接至雷达5，可将高速信号传送至海浪自适应控制器3和雷达5中，雷达接收端9固定安装在转动圆台13上方，转动圆台13底部设置在安装板11的内部，安装板11底部通过伸缩电机12的输出轴连接至固定圆盘16，固定圆盘16底部安装有安装柱17，使得雷达接收端9可全方位旋转，转动圆台13一侧设置有驱动电机14，转动圆台13和驱动电机14外部均设置有齿轮10，齿轮10之间通过链条相啮合，驱动电机14可驱动齿轮10旋转，从而带动转动圆台13转动，伸缩电机12安装在安装柱17内部，固定圆盘16两侧设置有伸缩杆15，通过调节伸缩电机12和伸缩杆15可以对雷达接收端9的高度位置进行改变，使得检测范围更加广泛。

工作原理：本发明当原始的雷达视频信号到来时，信号采集单元18对信号进行高速的采集和滤波，去除内部噪声，海浪曲线检测器19对采集滤波后的视频信号进行海浪曲线的检测，根据当前视频信号中的海浪分布，输出抑制曲线至海浪抑制器20，海浪抑制器20根据实时检测调整后的抑制曲线对视频信号进行高速的抑制处理，并将处理后的视频信号输出至增益匹配分析器21，增益匹配分析器21获得抑制后的视频信号后，进行全局增益匹配分析，将视频信号及分析参数输出反馈至海浪曲线检测器19，海浪曲线检测器19根据反馈的分析参数调整海浪曲线，从而实现自适应海浪控制，最终输出至雷达5中，天线收发单元26把从雷达接收端9接收到的低分辨率雷达天线方位信号由处理器34转换为标准高分辨率的方位同步数据，以流块方式传送计算机2，动态基准模块28通过多扫描相关建立有关雷达背景环境的动态基性图，以给出关于背景环境回波强度分布特性的实时滤波估计，通过差分模块27将雷达回波帧图与实时动态基准图进行差分滤波处理，建立包含有移动目标回波分布的差分图，并根据不同区域相邻帧的时间相关性的估计，自动调整差分阶次的设置，通过联动报警模块37结合声光报警器7以参考点为中心的警戒区，对进入警戒区的移动目标发出声像报警，并报告进入目标的位置、速度和目标类型等数据，目标类型根据回波能量分布特性进行计算估计。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。