本发明涉及一种嵌入式航海数据采集系统。
背景技术：
船舰雷达是其航海重要辅助设备，对其的信号采集的及时性、准确性、高精度性直接关系到船舰的位置测定、运行中的碰撞、海面浮标的观测、以及与岸线的方位和距离等一系列目标参数，同时船舰数量的增加以及海面复杂多变的气候，更迫切的需要获知船舰周边的障碍物信息以及当前的气候条件。所以，对船舰雷达数据的采集成为海航安全的关键，数据采集的实效性以及精确性也是船舰避免碰撞自动化系统的重要性能指标。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种嵌入式航海数据采集系统，该嵌入式航海数据采集系统通过基于传感器分组的设置，利用无线传感器网络，每一传感器成为整个系统的一个节点，而每组的汇聚节点针对每组汇聚数据进行采集汇总，系统的数据汇聚时间以及最大延迟时间得到有效提高，有效提高数据采集的有效性。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种嵌入式航海数据采集系统，包括传感器、探测器、反馈系统、数据采集系统、信息控制融合中心、控制系统；所述传感器数量为八个以上，传感器通过无线传感器网络连接探测器；所述探测器、反馈系统、数据采集系统、信息控制融合中心依次信号连接；反馈系统和信息控制融合中心还分别与控制系统信号连接；所述传感器分组连接多个探测器，每个探测器与反馈系统、控制系统一一对应。
所述传感器每组为四个。
所述探测器、反馈系统、数据采集系统采用以DSP为核心处理器的一体设置。
所述DSP采用TMS320VC5402。
所述探测器前级设置有低噪声源模数转换。
所述低噪声源模数转换为A/D380，采用双极性四阶差分调制器转换模拟脉冲信号。
所述无线传感器网络的传输协议使用801.11协议族。
本发明的有益效果在于：基于传感器分组的设置，利用无线传感器网络，每一传感器成为整个系统的一个节点，而每组的汇聚节点针对每组汇聚数据进行采集汇总，系统的数据汇聚时间以及最大延迟时间得到有效提高，有效提高数据采集的有效性。
附图说明
图1是本发明的连接示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示的一种嵌入式航海数据采集系统，包括传感器、探测器、反馈系统、数据采集系统、信息控制融合中心、控制系统；所述传感器数量为八个以上，传感器通过无线传感器网络连接探测器；所述探测器、反馈系统、数据采集系统、信息控制融合中心依次信号连接；反馈系统和信息控制融合中心还分别与控制系统信号连接；所述传感器分组连接多个探测器，每个探测器与反馈系统、控制系统一一对应。
所述传感器每组为四个。
所述探测器、反馈系统、数据采集系统采用以DSP为核心处理器的一体设置。
所述DSP采用TMS320VC5402。
所述探测器前级设置有低噪声源模数转换。
所述低噪声源模数转换为A/D380，采用双极性四阶差分调制器转换模拟脉冲信号。
所述无线传感器网络的传输协议使用801.11协议族。
一个完整的雷达数据采样经过高频采样、量化、编码、A/D转换最终经由无线传感网络传输。
公式(1)是雷达数据采样最常用的平顶采样[6]，其中采样脉冲宽度为，为采样滤波器的频域卷积值。经过公式(1)采样后数值虽然在时间序列上是离散，但是在幅值上还是连续的，通过公式(2)进行映射：
yk＝Q{xk＜x＜xk+1},k＝1,2…N (2)
Q为量化参考映射间隔，其满足量化满尺度方程，为最终的量化值，它的精度与量化器位数相关联，并且满足如下条件：
Ⅰ.量化后信号与噪声比和参数(量化间隔数)的平方成正比。
Ⅱ.使用公式(2)的过程中，通过信号的幅度范围以及信噪比参数确定的选择。
Ⅲ.当量化参数确定后，随着信号幅值的降低，对应的信噪比恶化与量化精度的降低。
量化后需要对其进行编码，本文使用双极性编码，公式如下：
其中，vout是对应的量化信号an编码后的输出，最后经过双积分型A/D转化器得到最后幅度与时序的离散信号。
双积分A/D转换器对输入信号进行两次积分，将模拟信号转换为二进制控制的数字信号。双积分型A/D转换器具有输出信号精度高、且有较强的抗噪声性能，由于海面噪声、气候条件、以及反射折射等干扰，所以选用此类型A/D转换器。
本发明中，两个节点之间使用无线传感器网络传输数据，整个系统组成一个自适应系统(Ad hoc)。传输协议使用通用的801.11协议族。数据采样使用公式(1)中的平顶采样，经过量化后使用双极性编码方式，最终同样采用双极性A/D转换电路转化为离散数字型号；2组船舰中每4个节点组成一簇；整个雷达数据采集系统分为接收传感器数据前的控制阶段、接收传感器数据采集阶段以及采样后传输阶段。在控制阶段，采集系统根据信息中心发送给控制系统中的控制位进行初始化。在第二阶段，每组船舰的每个雷达节点产生一定长度头部传控信息(8KB)，在经由汇总节点组成簇数据，并分别传送各自的控制系统，之后，汇总节点A持续接收控制系统发送的控制探测帧(BPF)，此后开始根据控制信息选择接收相应节点的数据采集信息，直到接收到最远端节点的反馈帧。其中控制帧(BPF)携带了选取节点的簇号，允许的最大节点ID和当前节点CN号，再之后，汇总节点以一定的数据格式，如递推方式对节点ID、CN以及簇号依次进行计算，并记录下此刻接收节点的功率等级，直至达到规定的最大等级数。
由于采用对节点ID进行动态调整的方式，这样有效的降低了信号发射器的耗能量。
在采集阶段，由于一簇包含4个节点，则一组舰队簇的数量为M＝N/4，N为一族舰队总的节点数，则可以推算第j簇中所包含的四个节点的序列号为：ID＝(j-1)×4+1～j×4,j＝1,2,3…M。
下面介绍给出汇聚算法数据采集阶段的详细方案，步骤如下：
①每一簇中的各节点作为一个整体，同一时刻采样自身的有效数据帧。
②汇总节点收到有效数据帧时，判断它们的簇序号CN是否相同，若相同，并且节点ID号相匹配，则汇总节点反馈给控制系统采样信号正确，否则对接收信息过滤处理。
③对于簇中的各个节点，收到汇总节点反馈的信号汇聚簇信息，解析其中的控制信号量，以便在控制下一次数据汇聚帧信息。
④关于针对节点的纠错处理，对簇号为j中的各节点ID＝(j-1)×4+1～j×4,j＝1,2,3…M在没有接收到同一个簇号中比自身ID大的相邻节点发送的汇聚纠错帧信息时，启动自身定时器Time。在定时器有效时间内，如果还没接收到，则标记自身节点实效。
由此，控制信息不再针对整个系统中的单节点进行控制，而是对舰队进行编号，并进行分簇处理，上述步骤可以推测，在同一簇中的舰队，只要其中2个或以上雷达数据汇总节点成功接收，即不影响整个系统的数据采集精度，有效的增加了系统的纠错能力。