为了解决难以覆盖并重点监测获取精确的动态数据的技术问题，本发明专利技术提供了天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统，该一体化系统利用卫星SAR图像无源定位、无人机采用雷达/图像/超声等多传感器专用监视吊舱、无人船采用搜索雷达/图像/超声/激光一体化监测系统、岛礁基和岸基采用ADS‑B/AIS/雷达/全景图像/跟踪图像/超声/激光一体化监测系统、浮标/浮台选用半球全景图像/激光系统、水下航行器采用多路红外CCD/超声及声纳监测系统，后台建立综合分析系统，获取岛礁和海上构筑物违法、空海非合作目标以及海域环境综合信息，解决了监测范围覆盖与重点监测动态数据精确获取的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统
本专利技术涉及卫星、无人机、无人船、水下航行器、浮标/浮台、岛礁（岸）基平台以及ADS-B、AIS、雷达、图像、激光、红外、超声等传感器系统，特别涉及天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统，属于航空、航天、航海和信息
技术介绍
通常，岛礁和海上构筑物等维权执法现场信息都通过岸基监测站、巡回监测船、卫星遥感及光学影像等获得，难以覆盖并重点监测获取精确的动态数据；由于历史和现实的原因，我国岛礁被侵占的情形严重，领土主权受到周边海上邻国持续性的损害。其中尤其以近年来东海的钓鱼岛和南沙群岛的岛礁主权归属争议和管辖海域的矛盾为焦点，频繁引发渔业纠纷及海上冲突。此外，某些国家在争议海域擅自搭建海上钻井平台进行石油开采；在我国岛礁上擅自建立名为海洋科学观测平台，实为海洋权益主张基点的人工建筑物；甚至派遣军舰或调查船频繁驶入争议海域进行挑衅，使我国的海上安全权益受到极大的威胁。另一方面，海岛违法使用、非法倾废、非法采砂、非法围填海、涉渔“三无”船舶作业、海上建筑物排放有机污染物等行为时有发生，传统的陆岸巡查和海上巡航耗时长、效率低，不能满足日益繁重的岛礁和海上构筑物等维权执法任务需求。现代工业快速发展产生废气污染，导致二氧化碳的大量排放，造成海洋酸化的情况十分严峻。人类的无节制开发使很多海洋问题已经达到不可控制的地步，特别是随着人们对海洋资源开采的加剧和各种陆地污染物的无节制排放，近海海洋环境已经遭受到严重破坏。因此，快速获取富营养化、有毒赤潮、水体缺氧、海洋酸化等环境参数并进行有效监控和预警，不仅能够及时为近海海域治理提供基本数据，为利用海洋资源持续发展提供重要的技术保障，而且对保障海洋鱼类、乃至人民生命财产安全具有十分重要的意义。通常，海域息都通过岸基监测站、巡回监测船、卫星遥感及光学影像等获得，难以覆盖并重点监测获取精确的动态数据；一体化系统研制面临以下问题：①当卫星获取较高分辨率图像时观测区域小，使得卫星失去地面或海上参照物；②无人机在较低空域飞行时，将会遭受较强的气流干扰；③海域以及岛礁周边海面波动大，无人船、无人艇在监测时难以平稳运行；④卫星、无人机、无人船、无人艇、岛礁基、浮标/浮台基等监测系统需要对大幅面、高帧率图像进行在线处理获取信息。
技术实现思路
为了解决难以覆盖并重点监测获取精确的动态数据的技术问题，本专利技术提供了天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统，该一体化系统利用卫星SAR图像无源定位、无人机采用雷达/图像/超声等多传感器专用监视吊舱、无人船采用搜索雷达/图像/超声/激光一体化监测系统、岛礁基和岸基采用ADS-B/AIS/雷达/全景图像/跟踪图像/超声/激光一体化监测系统、浮标/浮台选用半球全景图像/激光系统、水下航行器采用多路红外CCD/超声及声纳监测系统，后台建立综合分析系统，获取岛礁和海上构筑物违法、空海非合作目标以及海域环境综合信息，解决了监测范围覆盖与重点监测动态数据精确获取的技术问题。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统，其特点包括以下步骤：步骤一：针对海上目标缺少明显特征点、地面控制点获取困难、影像资料难以对海上舰船目标在线精确定位问题；采用对准地球中心位置的鲁棒预测估计算法，以便抑制天基误差、时间基准误差、地球自转和公转计算误差、地图大区域匹配预测造成海面目标的定位积累误差、遥感图像和远程图像误差；步骤二：（1）在无人机平台上安装雷达/图像/超声多传感器半球形监视吊舱，吊舱中云台可控，云台中心安置雷达、超声和激光测距设备，四周安装多个CCD实现所监测范围全覆盖；同时考虑重点监测的要求，按照给定距离的区域覆盖要求和电动镜头不同距离的视场角，将安装同一云台上的一组CCD高低角和CCD之间的夹角采用自动控制方式调整，实现给定监视区域的最大覆盖；通过监视空间等效方法将多个小幅面CCD系统等效为一个大幅面CCD监测系统，并对多个重复监视区域进行融合估计；（2）在无人船平台上安装扫瞄雷达/阵列图像/超声/激光或红外监测系统，矩形板的方位和高低角依靠云台控制；矩形板上安装两排CCD实现所监测范围全覆盖；考虑重点监测的要求，按照给定距离的区域覆盖要求和电动镜头不同距离的视场角，将安装同一云台上的一组CCD高低角和CCD之间的夹角采用自动控制方式调整，实现给定监视区域的最大覆盖；通过监视空间等效方法将多个小幅面CCD系统等效为一个大幅面CCD监测系统，并对多个重复监视区域进行融合估计；（3）在水下航行器安装水下探测的多路红外CCD、多路超声及声纳监测设备，监测水中的死亡虾、贝类、海水富营养化的诱发赤潮的海域环境参数；（4）在浮标/浮台安装全景图像/激光设备，对浮标/浮台周边进行监测；（5）岛礁基安装ADS-B/AIS/雷达/全景图像/跟踪图像/超声/激光一体化监测系统，针对海面远距离监测难以区分空中还是海面问题，采用ADS-B/AIS对空中和海上合作目标进行识别，针对ADS-B（AIS）技术自身的设计缺陷以及现有ADS-B安全技术的局限性导致ADS-B导航系统很容易被虚假目标欺骗干扰的问题，在基于1090ES数据链工作架构的基础上，采用基于阵列信号处理的ADS-B导航抗欺骗性干扰方法，实现岛礁基对空、海伪目标识别，以达到抗虚假欺骗干扰的鲁棒监测目的；雷达与ADS-B系统相互验证与补充，提高海域目标监测信息的准确度；球面全景图像监控系统实现近距离目标监测，完成图像数据的采集和控制一体化、图像的高速在线融合和快速拼接；跟踪图像对海域目标进行细节性探测；跟踪图像激光或红外进行距离探测；步骤三：通过对FPGA进行并行化设计和数据存储设计，最大程度减少图像存储与调用，仅设置一个图像存储空间，将两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无违法信息；在此基础上将图像处理算法与硬件一体化设计，用FPGA进行图像阈值分割、目标中心提取、偏移量和速度计算、图像匹配处理的实现；步骤四：建立信息处理中心，该中心接收卫星、无人机、无人船、水下航行器、浮标/浮台、岛礁或岸基平台上监测系统信息，通过对各个监测系统给出的指定海域环境数据和信息进行融合、快速获取富营养化、有毒赤潮、水体缺氧、海洋酸化的环境参数并有效监控和预警；对于通过对各个监测系统给出的指定海域的空、海运动的非合作目标动态监视信息自动提取，进行海防安全预警；事先建立无违法的岛礁和海上构筑物数字海图，通过模糊对比各个监测系统给出的岛礁及海上构筑物违法信息，确定是否真正违法，为岛礁和海上构筑物维权执法提供依据。本专利技术的有益结果是：利用卫星、无人机、无人船、水下航行器、浮标/浮台、岛礁（岸）基平台以及ADS-B、AIS、雷达、图像、激光、红外、超声多传感器组成天基、空基、船挺基、浮标/岛礁基或岸基以及水下航行器的海域多传感器一体监测系统，实现监测海域范围的全部覆盖并能够精确获取重点监测的动态数据精确；为海域安全提供了完整的监测手段；为利用海洋资源持续发展提供重要的技术保障，对保障海洋鱼类、乃至人民生命财产安全具有十分重要的意义。下面结合附图和实例对本专利技术作详细说明。附图说明附图1：天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传本文档来自技高网...
【技术保护点】
天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统，其特点包括以下步骤：步骤一：针对海上目标缺少明显特征点、地面控制点获取困难、影像资料难以对海上舰船目标在线精确定位问题；采用对准地球中心位置的鲁棒预测估计算法，以便抑制天基误差、时间基准误差、地球自转和公转计算误差、地图大区域匹配预测造成海面目标的定位积累误差、遥感图像和远程图像误差；步骤二：（1） 在无人机平台上安装雷达/图像/超声多传感器半球形监视吊舱，吊舱中云台可控，云台中心安置雷达、超声和激光测距设备，四周安装多个CCD实现所监测范围全覆盖；同时考虑重点监测的要求，按照给定距离的区域覆盖要求和电动镜头不同距离的视场角，将安装同一云台上的一组CCD高低角和CCD之间的夹角采用自动控制方式调整，实现给定监视区域的最大覆盖；通过监视空间等效方法将多个小幅面CCD系统等效为一个大幅面CCD监测系统，并对多个重复监视区域进行融合估计；（2） 在无人船平台上安装扫瞄雷达/阵列图像/超声/激光或红外监测系统，矩形板的方位和高低角依靠云台控制；矩形板上安装两排CCD实现所监测范围全覆盖；考虑重点监测的要求，按照给定距离的区域覆盖要求和电动镜头不同距离的视场角，将安装同一云台上的一组CCD高低角和CCD之间的夹角采用自动控制方式调整，实现给定监视区域的最大覆盖；通过监视空间等效方法将多个小幅面CCD系统等效为一个大幅面CCD监测系统，并对多个重复监视区域进行融合估计；（3） 在水下航行器安装水下探测的多路红外CCD、多路超声及声纳监测设备，监测水中的死亡虾、贝类、海水富营养化的诱发赤潮的海域环境参数；（4） 在浮标/浮台安装全景图像/激光设备，对浮标/浮台周边进行监测；（5） 岛礁基安装ADS‑B/AIS/雷达/全景图像/跟踪图像/超声/激光一体化监测系统，针对海面远距离监测难以区分空中还是海面问题，采用ADS‑B/AIS对空中和海上合作目标进行识别，针对ADS‑B（AIS）技术自身的设计缺陷以及现有ADS‑B安全技术的局限性导致ADS‑B导航系统很容易被虚假目标欺骗干扰的问题，在基于1090ES数据链工作架构的基础上，采用基于阵列信号处理的ADS‑B导航抗欺骗性干扰方法，实现岛礁基对空、海伪目标识别，以达到抗虚假欺骗干扰的鲁棒监测目的；雷达与ADS‑B系统相互验证与补充，提高海域目标监测信息的准确度；球面全景图像监控系统实现近距离目标监测，完成图像数据的采集和控制一体化、图像的高速在线融合和快速拼接；跟踪图像对海域目标进行细节性探测；跟踪图像激光或红外进行距离探测；步骤三：通过对FPGA进行并行化设计和数据存储设计，最大程度减少图像存储与调用，仅设置一个图像存储空间，将两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无违法信息；在此基础上将图像处理算法与硬件一体化设计，用FPGA进行图像阈值分割、目标中心提取、偏移量和速度计算、图像匹配处理的实现；步骤四：建立信息处理中心，该中心接收卫星、无人机、无人船、水下航行器、浮标/浮台、岛礁或岸基平台上监测系统信息，通过对各个监测系统给出的指定海域环境数据和信息进行融合、快速获取富营养化、有毒赤潮、水体缺氧、海洋酸化的环境参数并有效监控和预警；对于通过对各个监测系统给出的指定海域的空、海运动的非合作目标动态监视信息自动提取，进行海防安全预警；事先建立无违法的岛礁和海上构筑物数字海图，通过模糊对比各个监测系统给出的岛礁及海上构筑物违法信息，确定是否真正违法，为岛礁和海上构筑物维权执法提供依据。...
【技术特征摘要】
1.天/空/船艇/浮标/岛礁基海域多传感器一体监测系统，其特点包括以下步骤：步骤一：针对海上目标缺少明显特征点、地面控制点获取困难、影像资料难以对海上舰船目标在线精确定位问题；采用对准地球中心位置的鲁棒预测估计算法，以便抑制天基误差、时间基准误差、地球自转和公转计算误差、地图大区域匹配预测造成海面目标的定位积累误差、遥感图像和远程图像误差；步骤二：（1）在无人机平台上安装雷达/图像/超声多传感器半球形监视吊舱，吊舱中云台可控，云台中心安置雷达、超声和激光测距设备，四周安装多个CCD实现所监测范围全覆盖；同时考虑重点监测的要求，按照给定距离的区域覆盖要求和电动镜头不同距离的视场角，将安装同一云台上的一组CCD高低角和CCD之间的夹角采用自动控制方式调整，实现给定监视区域的最大覆盖；通过监视空间等效方法将多个小幅面CCD系统等效为一个大幅面CCD监测系统，并对多个重复监视区域进行融合估计；（2）在无人船平台上安装扫瞄雷达/阵列图像/超声/激光或红外监测系统，矩形板的方位和高低角依靠云台控制；矩形板上安装两排CCD实现所监测范围全覆盖；考虑重点监测的要求，按照给定距离的区域覆盖要求和电动镜头不同距离的视场角，将安装同一云台上的一组CCD高低角和CCD之间的夹角采用自动控制方式调整，实现给定监视区域的最大覆盖；通过监视空间等效方法将多个小幅面CCD系统等效为一个大幅面CCD监测系统，并对多个重复监视区域进行融合估计；（3）在水下航行器安装水下探测的多路红外CCD、多路超声及声纳监测设备，监测水中的死亡虾、贝类、海水富营养化的诱发赤潮的海域环境参数；（4）在浮标/浮台安装全景图像/激光设备，对浮标/浮台周边进行监测；（5）岛礁基安装ADS-B/AI...
【专利技术属性】
技术研发人员：史忠科，
申请(专利权)人：西安费斯达自动化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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