一种掌上智能海事雷达及其水面监视方法与流程

本发明涉及海事监控领域，特别是涉及一种掌上智能海事雷达及其水面监视方法。

背景技术：

海事雷达在船舶导航、水面监视等领域有着极为广泛的应用。船载海事雷达是驾驶员的“眼睛”，船舶依靠它在晚上、雨雾天气等能见度不良的情况下安全航行，避免发生碰撞；另外，现代海事雷达的自动标绘功能，具有目标跟踪功能，能够自动识别、跟踪目标，并发出警告，除了船载应用，在岸基水面监视领域得到广泛的应用。

例如：船只在进出码头或者在繁忙的水道航行时，由于视角的限制，更多的驾驶员在指挥水手操舵时，习惯站在驾驶舱的最前端窗户边上发出指挥口令。而现有海事雷达一般安装在靠后的驾驶台上，利用驾驶台内的雷达进行观测以正确地做出操船指令，驾驶员往往来回奔波于驾驶台和前视窗户之间，给船舶航行带来安全隐患，且增加了驾驶员的紧张程度；此外，对于特定水面的监视，比如养殖场监视，雷达安装在最佳的固定监视点，而场主更希望能随时、随地地获得监控区域的水面情况，一旦出现异常情况如偷盗船只闯入，能立即得到警报，从而采取有效的措施。

而现有海事雷达是一部传统的仪器设备，由雷达天线、收发机、主处理机、显示器和操控单元组成，传统的海事雷达一来体积比较大，只能安装在固定点上；再者，在雷达监视时，使用者只能在海事雷达的工作台监测且不能设定监测范围，可操作性差，用户体验度低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种掌上智能海事雷达及其水面监视方法，以解决传统的海事雷达可操作性差、用户体验度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种掌上智能海事雷达，包括：雷达主单元、掌上显控设备；

所述雷达主单元包括室外设备以及室内设备；所述室外设备包括雷达收发天线以及收发机；所述室内设备包括网络雷达主机、船舶自动识别系统、罗经仪以及导航仪；所述雷达主单元通过通信网络与所述掌上显控设备相连接；

所述收发机，用于产生微波，所述微波的微波信号由所述雷达收发天线辐射到空间，所述微波照射到物标，反射回所述收发机并根据反射回的微波生成雷达中频回波信号传送至所述网络雷达主机；

所述网络雷达主机，用于将所述雷达中频回波信号、所述船舶自动识别系统所识别的船舶位置信息、所述罗经仪所测得的艏向、所述导航仪所测得的自身船舶位置以及所述导航仪所测得的自身船舶速度构成回波图像，将所述回波图像通过所述通信网络发送至所述掌上显控设备；

所述掌上显控设备，用于显示所述回波图像，并根据所述回波图像对被监测海域进行观测、报警或确定监视区域。

可选的，所述通信网络为局域网；

在所述局域网内，所述网络雷达主机与所述掌上显控设备直接连通。

可选的，所述通信网络为互联网；

在所述互联网内，所述通信网络还包括网络服务器，所述网络雷达主机与所述网络服务器相连通，所述掌上显控设备与所述网络服务器相连通；所述网络服务器用于在所述网络雷达主机与所述掌上显控设备搭建链路连接。

可选的，所述通信网络还包括：地图服务器；

所述掌上显控设备与所述地图服务器相连通，所述掌上显控设备用于在所述地图服务器上下载地图或海图，并将所述回波图像与所述地图叠加显示；或者，将所述回波图像与所述海图叠加显示。

可选的，在所述互联网内，所述掌上显控设备以及所述雷达主单元支持在线升级。

可选的，监测到监测区域内存在障碍物或入侵船舶时，所述网络雷达主机对所述障碍物或所述入侵船舶进行跟踪，且形成目标跟踪信息，并将所述目标跟踪信息发送至所述掌上显控设备；所述掌上显控设备响铃、震动或闪屏以提醒观测者，进行报警。

可选的，所述掌上显控设备具体包括：智能手机、平板电脑或便携式电脑；

所述掌上显控设备具有一个或多个；

当所述掌上显控设备只有1个时，所述掌上显控设备对所述雷达主机一对一进行操控；

当所述掌上显控设备具有多个时，只有一个所述掌上显控设备对所述雷达主机进行操控，其他所述掌上显控设备只提供显示功能。

可选的，所述雷达主单元还包括：外部设备接口；

通过所述外部设备接口接入外部设备。

一种掌上智能海事雷达的水面监视方法，包括：

产生微波，所述微波的微波信号由所述雷达收发天线辐射到空间，所述微波照射到物标，反射回雷达收发机；生成雷达中频回波信号传送至网络雷达主机；

根据所述雷达中频回波信号构成回波图像，通过通信网络发送至掌上显控设备；

显示所述回波图像，并根据所述回波图像对被监测海域进行观测、报警或确定监视区域。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：传统的海事雷达没有网络传输功能，不适合一些需要远程操控、雷达显示、目标报警等应用场合。本发明针对现有技术所存在的这一技术问题，提供了一种掌上智能海事雷达及其水面监视方法，通过将雷达主单元与掌上显控设备通过通信网络相连接，使得所述雷达主单元与所述掌上显控设备进行实时通讯，从而观测者无论在何处均可以实时观测海事雷达所监测到的信息，实现远程监测，本发明结合支持网络的网络雷达主机，利用智能手机、平板电脑等掌上移动平台，构成一种便携的掌上海事雷达，具有广泛应用前景，很大的提高了海事雷达的可操作性以及用户体验度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的掌上海事雷达结构图；

图2为本发明所提供的在实际应用过程中掌上海事雷达结构图；

图3为本发明所提供的网络雷达主机与掌上雷达终端之间的通信网络示意图；

图4为本发明所提供的监控区域划分示意图；

图5为本发明所提供的掌上海事雷达的水面监视方法流程图。

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。

本发明的目的是提供一种掌上智能海事雷达及其水面监视方法，能够提供海事雷达的可操作性以及用户体验度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的掌上海事雷达结构图，如图1所示，一种掌上智能海事雷达，包括：雷达主单元1、掌上显控设备2；

所述雷达主单元1包括室外设备1-1以及室内设备1-2；所述室外设备1-1包括雷达收发天线1-1-1以及收发机1-1-2；所述室内设备1-2包括网络雷达主机1-2-1、船舶自动识别系统1-2-2、罗经仪1-2-3以及导航仪1-2-4；所述雷达主单元1通过通信网络3与所述掌上显控设备2相连接；所述收发机1-1-2，用于产生微波，所述微波的微波信号由所述雷达收发天线1-1-1辐射到空间，所述微波照射到物标，反射回所述收发机1-1-2；生成雷达中频回波信号传送至所述网络雷达主机1-2-1；所述网络雷达主机1-2-1，用于将所述雷达中频回波信号、所述船舶自动识别系统1-2-2所识别的船舶位置信息、所述罗经仪1-2-3所测得的艏向、所述导航仪1-2-4所测得的自身船舶位置以及所述导航仪1-2-4所测得的自身船舶速度构成回波图像，通过所述通信网络3发送至所述掌上显控设备2；所述掌上显控设备2，用于显示所述回波图像，并根据所述回波图像对被监测海域进行观测、报警或确定监视区域。

在实际应用中，如图2所示，掌上海事雷达由三部分组成：雷达主单元，掌上显控单元，以及连接两者的通信网络；其中，雷达主单元实现海事雷达的微波收发和信号处理等主要雷达功能；掌上显控单元在移动终端上操控雷达主单元并显示雷达主单元送过来的雷达回波、辅助导航等数据；通信网络则负责雷达主单元和掌上显控单元的命令和数据传递，如果是互联网环境，雷达主机和掌上显控单元还需要网络雷达服务器来为数据链接做解析，同时，网络上的地图等信息可以丰富显控单元的显示元素，使得用户观察更加直观简便。

掌上海事雷达的雷达主单元组成如下：雷达收发天线、收发机与伺服、网络雷达主机、显示器、鼠标键盘、以及外部设备接口组成。

室外部分由雷达收发天线、收发机与伺服组成，具体工作过程如下：雷达收发机的发射单元产生微波信号，由雷达收发天线辐射到空间，微波照射到物标，会反射回，其中返回原路的部分微波被同一部雷达收发天线接收，馈入雷达收发机的接收单元进行混频、滤波、放大等处理，生成雷达中频回波信号，送入室内部分的雷达主机进行处理。

室内部分由网络雷达主机、显示器、鼠标、键盘、外部设备接口组成，其中，显示器、鼠标和键盘为可选项，也可以不接入显示器、鼠标与键盘，不在雷达主单元进行显示，因此，本发明所提供的掌上海事雷达可显示在掌上显控设备。所述雷达主单元的工作过程如下所示：雷达中频信号进入网络雷达主机，进行滤波、数字量化、信号处理等过程，将处理结果送至显示器进行雷达图像显示；另外，雷达的操作通过轨迹球鼠标键盘和人机界面完成；由于支持网络操控与显示，使得显示器和鼠标键盘可以做为备选，如果不需要本地显示，则可以去掉。雷达的功能需要获得本船艏向、位置、速度信息，通过外部设备接口可以输入这些信息；同时，船舶自动识别系统(Automatic IdentificationSystem，AIS)也是很重要的避碰信息，雷达通过外部设备接口可以接收；同时，网络雷达主机承担对掌上显控设备的通信功能，由于掌上显控设备的处理能力不强，网络雷达主机同时完成目标跟踪(TargetTracking，TT)功能，AIS和TT的融合处理等功能。

掌上显控设备可以是智能手机、平板电脑等掌上电脑设备，可以在上面运行一个软件来实现所有功能，同时也可以是桌面设备，如个人计算机，运行一个终端程序；所述掌上显控设备具有一个或多个；当所述掌上显控设备只有1个时，所述掌上显控设备对所述雷达主机一对一进行操控；当所述掌上显控设备具有多个时，只有一个所述掌上显控设备对所述雷达主机进行操控，其他所述掌上显控设备只提供显示功能。

通过通信网络，显控终端可以发送网络遥控命令来操控智能海事雷达的雷达主单元，同时，接收雷达主单元发送的雷达图像、AIS信息、目标跟踪显示等功能；掌上显控设备接入互联网，可以从网上获得地图/海图等资源(也支持下载至本地终端)，地图/海图等资源和雷达的回波图像进行叠加显示，雷达图像以透明方式显示在地图/海图上，更加直观；另外，掌上显控设备也支持在雷达主单元设定监视区域，一旦有进入区域的TT触发告警，掌上雷达终端可以发出铃声、震动、闪屏等，提醒使用者发生警报。

通信网络支持局域网和互联网，如果雷达主单元和掌上显控设备通过互联网连接，则需固定IP地址的网络雷达服务器来为两者通信建链。掌上海事雷达系统可以充分利用互联网强大的通信能力和丰富的数据资源，进行更新升级、获取最新的地图/海图等数据。

基于网络的掌上海事雷达通过雷达主单元和掌上雷达显控终端之间的通信协调来完成所有功能，本发明所提供的掌上海事雷达存在两种通信网络方式：

1.若所述通信网络为局域网；在所述局域网内，所述网络雷达主机与所述掌上显控设备直接连通。

2.若所述通信网络为互联网；在所述互联网内，所述通信网络还包括网络服务器，所述网络雷达主机与所述网络服务器相连通，所述掌上显控设备与所述网络服务器相连通；所述网络服务器用于在所述网络雷达主机与所述掌上显控设备搭建链路连接。

所述通信网络还包括：地图服务器；所述掌上显控设备与所述地图服务器相连通，所述掌上显控设备用于在所述地图服务器上下载地图或海图，并将所述回波图像与所述地图叠加显示；或者，将所述回波图像与所述海图叠加显示。

在所述互联网内，所述掌上显控设备以及所述雷达主单元支持在线升级。

在实际使用中，根据入网环境，选定其中一种匹配的网络工作。

掌上显控设备通过通信网络连接雷达主单元的雷达主机，完成登陆入网、操控设置、雷达显示等工作过程。

(一)掌上显控设备通过网络遥控雷达主单元

(1)登陆过程(可记忆保存，自动登陆)

a)在终端输入用户名和密码，只有正确才进入下一步；

b)在终端输入受控雷达主机的IP地址和名字，已登记的会出现在列表里供选择；

c)正确选择网络环境(局域网/互联网)。

注意：局域网需要输入雷达名字和雷达IP地址；互联网则通过用户名和密码。

(2)雷达主机的操控与设置

a)导航数据显示：艏向、航向、航速、经纬度位置，数据来自雷达主机；

b)收发机控制：量程、脉冲、发射开关，发送命令给雷达主机实现控制；

c)设置功能：距标圈开关、本船外形开关、声音开关、震动开关、方位线设置、可变距标圈设置、报警设置、自检获取、显示模式设置，通过发送命令给雷达主机实现控制；

d)目标跟踪功能：AIS/TT显示开关、AIS/TT数据信息显示、监视区域设置，其中显示的数据来自雷达主机，区域设置和开关控制由终端发送命令给雷达主机；

e)软件版本升级、截屏等辅助功能，雷达主机的代码由终端下载后发送给雷达主单元，掌上终端的升级代码下载后直接完成。

(二)掌上显控设备的雷达显示功能

(1)通过网络控制操控雷达主机，并获得经过压缩的雷达回波图像，图像由雷达主机发送并压缩，在掌上显控设备解压，并还原显示雷达回波。

(2)支持三种显示模式：

a)单独雷达回波图像，回波数据由雷达主机实时；

b)单独海图/地图，数据由网上下载或本地存储，直接在显控终端完成；

c)雷达回波图像与海图/地图叠加；回波图像以透明(透明程度可设)方式，叠加在海图/地图之上，中心点代表本船位置。

(3)支持船首向上、船首向上真方位、真北向上相对运动、真北向上真运动、船尾向上等雷达图像显示模式。

(4)支持远程监视区域的划定，在掌上终端设定，传递参数给雷达主机实施，对雷达数据回传的AIS和TT目标进行数据和图标的显示。

(5)对目标闯入、离开监视区域的事件产生铃声、震动、闪屏等方的报警。

(6)支持整个雷达系统软件的升级，包含雷达主单元和掌上显控设备系统软件升级。

(7)支持多个掌上显控设备，只允许一个终端对雷达主机单元操控，另外终端只是提供显示功能多个示终端。

(三)掌上海事雷达的目标跟踪功能。

基于网络的掌上海事雷达，一个重要的功能是能通过掌上显控设备划定任意多边形的监控区域，通过掌上终端的触摸屏光标设置，或者输入多边形区域的精确经纬度，生成监视区域，将这些参数通过网络传递给雷达主单元的雷达主机，实现目标跟踪；雷达主机单元将目标跟踪结果传递给掌上终端，对目标传入区域的事件，触发报警，比如智能手机铃声、震动、闪屏等声光警报。

如图4所示，观察点处于原点o，可以是移动船舶或者固定监视点，通过掌上移动终端设置监视区域Z，目标t一旦闯入Z，则触发终端报警，且可获得t的位置、速度、时间等信息，并同时显示在地图/海图上，以便机主采取相应的应对措施，非常有利于特定水域监视的场合。

目标跟踪算法采用基于多假设跟踪算法的多目标跟踪算法、卡尔曼机动目标跟踪算法，以获得目标的运动参数。

本发明提供的一种掌上智能海事雷达，由支持网络传输的雷达主单元和掌上显控设备构成，雷达主单元和掌上显控设备通过局域网或互联网实现网络传输与控制，该掌上海事雷达探测距离远，最大量程可达一百海里左右，具有增益控制、海杂波抑制、雨杂波抑制、量程选择、脉冲选择、信噪比增强等多种信号处理功能；通过掌上移动平台对实现雷达操控，并显示雷达回波和船舶自动识别系统信息，具有目标识别和目标跟踪功能，并支持AIS和TT的融合处理；可设置任意多边形的监控区域，对目标闯入发出铃声、震动等警报。

图5为本发明所提供的掌上海事雷达的水面监视方法流程图，如图5所示，一种掌上智能海事雷达的水面监视方法，包括：

步骤501：产生微波，所述微波的微波信号由所述雷达收发天线辐射到空间，所述微波照射到物标，反射回雷达收发机；生成雷达中频回波信号传送至网络雷达主机；所述物标为船舶或其他障碍物等；

步骤502：根据所述雷达中频回波信号构成回波图像，通过通信网络发送至掌上显控设备；

步骤503：显示所述回波图像，并根据所述回波图像对被监测海域进行观测、报警或确定监视区域。

采用本发明所提供的掌上海事雷达及其水面监视方法，能够提高海事雷达的可操作性以及用户体验度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。