一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，涉及海上无线电技术领域。本发明专利技术的基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，将无线电测向和AIS系统结合在一起，定位船舶情况及识别信息，并运用交互式多模型，计算预测出船只航行方向及船位，当预测船位可能闯入警戒区域或者处于台风路径上，就可以进行预警并呼叫船只。

A Method of Marine Ship Location Recognition Based on Radio Signal Processing

The invention discloses a method for positioning and identifying marine ships based on radio signal processing, which relates to the field of marine radio technology. The method of marine ship location recognition based on radio signal processing combines radio direction finding and AIS system to locate ship condition and recognition information, and uses interactive multi-model to calculate and predict ship navigation direction and ship position. When predicting ship position may enter warning area or be on Typhoon path, it can give early warning and call ship.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法
本专利技术涉及海上无线电
，更具体地说涉及一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法。
技术介绍
对于海事航行，海上无线电台通信是海上作业信息沟通的重要渠道，是海上安全生命线，船舶电台是海上通信必不可少的工具。海上无线电台监测是基于海上无线电管理与检测系统所提供的无线电测向定位技术以及无线电监听技术。无线电测向定位技术包括无线电测向技术和无线电定位技术。无线电测向是依靠测量空间电磁波的无线电设备来完成的。就是利用无线电测量设备来确定要测的无线电发射源到已知坐标点的连线与某一参考方向线之间的夹角的过程。目前盖上船舶管理部门对船舶的技术管理主要是基于船舶信息自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem，简称AIS系统)的技术，该系统由案基(基站)设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。它通过C/S和B/S模式，为船舶、船公司、航运部门、政府、港口、生态、救援、海洋和大气、研究和统计、公共访问、VTS、反恐等提供服务。目前的海上船舶定位识别，将无线电测向与AIS系统结合在一起，对船舶进行识别和精确定位，如国家知识产权局于2017年2月15日，公开了一件公开号为CN106411427A，名称为“一种水上无线电监测系统”的专利技术专利，该专利技术专利包括AIS专用接收机、水上无线电语音监听专用接收机、无线电测向设备和水上监测系统软件。通过上述方法，该专利技术实施的一种水上无线电监测系统解决常规设备排查船舶非法使用水上专用频率通信困难的问题，通过该专利技术可以快速缩小排查范围，达到快速识别船舶非法使用水上专用通信频率的目的。上述现有技术中，将无线电测向与AIS系统相结合，快速定位船舶和识别船舶非法使用水上专用通信频率，但是上述现有技术无法实现对船舶航行方向及航行轨迹进行预测，无法对船舶进行预警。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本申请提供了一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，本专利技术的专利技术目的在于解决现有技术中的定位方法无法预测船舶的航行方向和轨迹，无法对船舶进行预警的问题。本申请的基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，将无线电测向和AIS系统结合在一起，定位船舶情况及识别信息，并运用交互式多模型，计算预测出船只航行方向及船位，当预测船位可能闯入警戒区域或者处于台风路径上，就可以进行预警并呼叫船只。为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，其特征在于：包括以下步骤：采用无线电测向设备扫描覆盖海域的20MHz～3000MHz信号；无线电测向设备发现持续出现的无线电信号即进行扫描测向，控制中心集中若干无线电测向设备的扫描数据进行分析，通过多站组网测向功能进行初步测向定位；通过AIS系统采集船舶MMSI信号、经纬度、船只注册信息，综合无线电测向设备的定位数据和AIS系统的经纬度数据对监测区域内的船只进行精确定位；同时，通过语音监听接收机采集音频数据，对采集到的音频数据进行同步解调监听,分辨出语音内容；采用声纹识别系统将分辨出的语音内容与保存的声纹数据库进行对比，确认采集到的声纹是否记录在声纹数据库中，若比对出匹配的声纹信息,即确定船只的类型和登船船员的信息；运用交互式多模型，计算预测出监测区域内的船只航线方向及船位,根据预测船只的航线放及船位,向该船只发出警示提醒信息；在预测船只航线方向及船位时，采用船舶运动模型进行预测，所述的船舶运行模型包括匀速(CV)模型和匀转弯(CT)模型；具体如下：将船舶在k时刻的状态定义为：X(k)＝[x(k),vx(k),ax(k),y(k),vy(k),az(k),z(k),vz(k),az(k)]T，其中，x(k),y(k),z(k)为船舶在地心地固坐标系下的位置坐标；vx(k),vy(k),vz(k)为船舶在地心地固坐标系下各方向的速度分量，ax(k),ay(k),az(k)为加速度分量；则匀速(CV)模型表示为：X(k)＝ΦCVX(k-1)+ΓCVW(k-1)；匀转弯(CT)模型表示为：X(k)＝ΦCTX(k-1)+ΓCTW(k-1)；将CV和CT作为船舶运动状态的基础模型，根据AIS信号的接收频率以及到达时差构建测量方程，应用交互式多模型(IMM)对测频时差联合定位方程进行结算；在初始船舶位置均值和初始船舶位置协方差输出结构的基础上，结合船舶在CV和CT模型下对应的状态转移方程得到交互式多模型(IMM)下船舶各单个模型的状态估计以及协方差。所述的交互式多模型根据当前时刻可利用的观测数据以递推的工作方式进行状态估计，每一递推由输入交互、模型滤波、模型概率更新、输出交互四个部分组成。所述输入交互阶段是将上一时刻各个模型的滤波输出结果进行融合作为当前时刻的起始输入状态，该阶段要先确定混合概率，然后进行混合估计。所述模型滤波阶段是在输入交互过程中获得混合状态及混合协方差的基础上，结合新的测量矢量，利用各个模型所对应的滤波器进行滤波，予以预测和修正。所述模型概率更新阶段是通过计算似然函数的方式来实现各个模型权重的概率更新。所述输出交互阶段是结合更新的模型概率以及各个模型的滤波输出状态和协方差，以加权的方式进行融合，船舶最终的状态估计值由下式可得：协方差估计为：本专利技术的工作原理如下所示：本专利技术将无线电测向技术与AIS监测系统相结合，快速定位船舶，同时解决同频信号、间歇信号、多径效应的定位问题。本专利技术还利用语音识别、声纹识别，快速识别船舶。本专利技术采用相关干涉仪进行无线电测向，干涉仪测向体制的测向原理是：依据电波在行进中，从不同方向来的电波到达测向天线阵时，在空间上各测向天线单元接收的相位不同，因而相互间的相位差也不同，通过测定来波相位和相位差，即可确定来波方向。基本公式如下所示：Φ13＝Φ1-Φ3＝k*SinθCOSεΦ24＝Φ2-Φ4＝k*SinθCosε上式中，φ1、φ2、φ3、φ4分别为北、东、南、西天线的来波的相位；φ13、φ24分别为北-南、东-西天线之间的来波的相位差，k为相移常数，θ为欲求来波方向角。在干涉仪测向方式中，是直接测量测向天线感应电压的相位，而后求解相位差。相关干涉测向，是干涉仪测向的一种，它的测向原理是：在测向天线阵列工作频率范围内和360度方向上，各按一定规律设点，同时在频率间隔和方位间隔上，建立样本群，在测向时，将所测得的数据与样本群进行相关运行和差值处理，以获得来波信号方向。在本专利技术中，采用变基线技术，可以使用中、大基础天线阵，采用多信道接收机、计算机和FFT技术，使得该体制侧向灵敏度高，测向准确度高，测向速度快，可测仰角，有一定的抗波前失真能力。该体制极化误差不敏感。干涉仪测向对接收信号的幅度不敏感，测向天线在空间的分布和天线的架设间距，比幅度比较式测向灵活，但又必须遵循某种规则。例如:可以是三角形，也可以是五边形，还可以是L形等。本专利技术中所采用的的AIS船舶自动识别系统解码船舶信息，其工作原理是：利用海上VHF频段的船载航行信息交换设备，它不仅能自动发出本船的相关信息,而且还可以接收周围其它船舶所发出的信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，其特征在于：包括以下步骤：采用无线电测向设备扫描覆盖海域的20MHz～3000MHz信号；无线电测向设备发现持续出现的无线电信号即进行扫描测向，控制中心集中若干无线电测向设备的扫描数据进行分析，通过多站组网测向功能进行初步测向定位；通过AIS系统采集船舶MMSI信号、经纬度、船只注册信息，综合无线电测向设备的定位数据和AIS系统的经纬度数据对监测区域内的船只进行精确定位；同时，通过语音监听接收机采集音频数据，对采集到的音频数据进行同步解调监听,分辨出语音内容；采用声纹识别系统将分辨出的语音内容与保存的声纹数据库进行对比，确认采集到的声纹是否记录在声纹数据库中，若比对出匹配的声纹信息,即确定船只的类型和登船船员的信息；运用交互式多模型，计算预测出监测区域内的船只航线方向及船位,根据预测船只的航线放及船位,向该船只发出警示提醒信息；在预测船只航线方向及船位时，采用船舶运动模型进行预测，所述的船舶运行模型包括匀速(CV)模型和匀转弯(CT)模型；具体如下：将船舶在k时刻的状态定义为：X(k)＝[x(k),vx(k),ax(k),y(k),vy(k),az(k),z(k),vz(k),az(k)]...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线电信号处理的海上船舶定位识别方法，其特征在于：包括以下步骤：采用无线电测向设备扫描覆盖海域的20MHz～3000MHz信号；无线电测向设备发现持续出现的无线电信号即进行扫描测向，控制中心集中若干无线电测向设备的扫描数据进行分析，通过多站组网测向功能进行初步测向定位；通过AIS系统采集船舶MMSI信号、经纬度、船只注册信息，综合无线电测向设备的定位数据和AIS系统的经纬度数据对监测区域内的船只进行精确定位；同时，通过语音监听接收机采集音频数据，对采集到的音频数据进行同步解调监听,分辨出语音内容；采用声纹识别系统将分辨出的语音内容与保存的声纹数据库进行对比，确认采集到的声纹是否记录在声纹数据库中，若比对出匹配的声纹信息,即确定船只的类型和登船船员的信息；运用交互式多模型，计算预测出监测区域内的船只航线方向及船位,根据预测船只的航线放及船位,向该船只发出警示提醒信息；在预测船只航线方向及船位时，采用船舶运动模型进行预测，所述的船舶运行模型包括匀速(CV)模型和匀转弯(CT)模型；具体如下：将船舶在k时刻的状态定义为：X(k)＝[x(k),vx(k),ax(k),y(k),vy(k),az(k),z(k),vz(k),az(k)]T，其中，x(k),y(k),z(k)为船舶在地心地固坐标系下的位置坐标；vx(k),vy(k),vz(k)为船舶在地心地固坐标系下各方向的速度分量，ax(k),ay(k),az(k)为加速度分量；则匀速(CV)模型表示为：X(k)＝ΦCVX(k-1)+ГCVW(k-1)；匀转弯(CT)模型表示为：X(k)＝ΦC...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹小红，蔡波，孔春玉，
申请(专利权)人：成都点阵科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51