基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，包括步骤1、校准正北方向；步骤2、获取最佳参考目标高度；步骤3、获取光电距离水面的垂直高度；步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息；步骤5、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度；步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度；步骤7、光电跟踪；步骤8、实现光电的稳定实时跟踪。本发明专利技术能满足在各个水域和各个时间段的探测，且易于监测；考虑被监控船舶在光电设备响应和角度定位的预推时间，以及利用长焦一致性算法解决视场角度轴漂带来的水平角度和垂直角度误差，提高对不同大小和不同航行状态的船舶监控跟踪精度。不同大小和不同航行状态的船舶监控跟踪精度。不同大小和不同航行状态的船舶监控跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法


[0001]本专利技术涉及船舶监测跟踪领域，特别是一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法。

技术介绍

[0002]对于岸基近海海域、港口、航道等VTS(船舶交通导航系统)领域以及湖泊渔政执法系统领域中，光电视频监控与雷达联动已广泛运用。目前对于监控船舶的目标信息大多来自雷达或AIS获取，比如目标的经纬度、航速、航向、船长等参数，然后根据以上参数和测量的光电高度计算出水平角俯仰角发送给光电进行控制。
[0003]然而，由于不同水域在不同时段，尤其是涨潮落潮时变化较大，导致光电距离水平面的高度也在不断变化，然后雷达将目标信息发给光电直到设备响应定位时，没有考虑目标预推，并且也没有考虑光电视场角在不断切换时轴漂所带来的的误差影响，最终会导致船舶在监控画面中所占的比例过大或过小，甚至会造成看不到船舶的情况，所以不能达到很好的监控跟踪效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，该基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法不仅可以实时获取光电距离水面的高度，而且多方考虑了各种误差出现的情况，提高了实时监控的精度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，包括如下步骤。
[0007]步骤1、校准正北方向：对均位于岸基上的雷达和光电进行正北方向的校准。
[0008]步骤2、获取最佳参考目标高度，具体包括如下步骤：
[0009]步骤2A、设置参考目标：在待监测水域设置或选取若干个依次排列的参考目标；每个参考目标均对应一种设定的水面高度。
[0010]步骤2B、雷达扫描：采用正北方向校准后的雷达对步骤2A设置的参考目标进行扫描，得到雷达回波图像。
[0011]步骤2C、雷达增强及过滤：对雷达回波图像进行增强，将位于水面下的雷达回波图像进行过滤，从而得到水面上的雷达回波图像。
[0012]步骤2D、获取参考目标高度：从水面上的雷达回波图像中筛选出最小可视雷达回波图像，作为最佳参考目标；将最佳参考目标所对应的高度，称为最佳参考目标高度。
[0013]步骤3、获取光电距离水面的垂直高度：根据光电的高度，以及步骤2获取的最佳参考目标高度，计算得到光电距离水面的垂直高度。
[0014]步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息：静态信息包括船舶高度和船舶宽度，能通过AIS获取；动态信息包括被监控船舶的经纬度、航速和航向，能通过雷达实时获
取。
[0015]步骤5、获取被监控船舶当前水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
[0016]步骤5A、计算预推时间：根据光电设备响应时间和光电在转动不同角度时的定位时间，计算得到被监控船舶的预推时间。
[0017]步骤5B、预测预推经纬度：根据步骤4获取的动态信息、以及步骤5A计算的预推时间，预测被监控船舶在预推时间后的经纬度信息。
[0018]步骤5C、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度：根据光电的经纬度、光电距离水面的垂直高度、以及步骤5C的预推经纬度，计算得到被监控船舶相对于光电的水平角度和俯仰角度。
[0019]步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
[0020]步骤6A、计算光电到被监控船舶的实际距离：根据步骤3，得到当前时刻光电距离水面的实时垂直高度，计算得到光电到被监控船舶的实际距离。
[0021]步骤6B、计算被监控船舶当前视场角：利用被监控船舶的船舶高度、船舶宽度以及光电到被监控船舶的实际距离，计算得到。
[0022]步骤6C、角度修正：光电在视场角切换时，根据步骤6B计算得到的被监控船舶当前视场角以及步骤5获取的在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，利用长焦一致性算法对视场角带来的轴漂误差进行水平角度和垂直角度补偿，计算被监控船舶在考虑轴漂后的的真实水平角度和垂直角度。
[0023]步骤7、光电跟踪：根据步骤5获取的被监控船舶当前水平角度和垂直角度、以及步骤获取的被监控船舶当前视场角，调节与控制光电的水平角度、俯仰角度和视场角，实现光电对被监控船舶的跟踪。
[0024]步骤8、重复步骤3至步骤7，实现光电的稳定实时跟踪。
[0025]步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个反射体；其中，n≥8，每个反射体底部位置固定；相邻两个反射体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。
[0026]步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个漂浮体；其中，n≥8，每个漂浮体均为浮筒或者浮标；相邻两个漂浮体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。
[0027]步骤2A中设置的若干个参考目标为待监控水域的实时浪流。
[0028]步骤3、光电距离水面的垂直高度H的获取方法为：
[0029]A、当参考目标为反射体时，步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像对应的反射体，也称最佳反射体；则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
[0030]H＝H1
‑
H2
[0031]式中，H1为DGPS测量的光电高度，H2为DGPS测量的最佳反射体高度。
[0032]B、当参考目标为漂浮体时，n个漂浮体对应的高度从低至高依次为H10、H11、H12、
……
、H1n；相邻两个漂浮体对应一个回波强度范围；步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像所在的回波强度范围，也称最佳回波强度范围；设最佳回波强度范围所对应的相邻两个漂浮体的高度分别为H10和H11，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式
为：
[0033]H＝(H10+H11)/2
[0034]C、当参考目标为实时浪流时，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
[0035]H＝H1
‑
H0
‑
H3
[0036]式中，H1为DGPS测量的光电高度，H0为DGPS测量的水面岸边高度，H3为被监测船舶目标区域提取的浪流高度。
[0037]步骤5A中，预推时间T的计算公式为：
[0038]T＝t1+L/ω
[0039]式中，t1为光电设备响应时间；L为光电需转动的总角度；ω为光电每秒转动的角度。
[0040]步骤5C中，先根据被监控船舶经过预推后到达的经纬度和光电的经纬度，计算待监控船舶的宽度与光电之间的水平距离d和被监控船舶相对于光电的水平角度P；接着，计算被监控船舶相对于光电的俯仰角度Q，则俯仰角度Q的计算公式为：
[0041]Q＝arctan(H/d)
[0042]式中，H为光电距离水面的垂直高度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、校准正北方向：对均位于岸基上的雷达和光电进行正北方向的校准；步骤2、获取最佳参考目标高度，具体包括如下步骤：步骤2A、设置参考目标：在待监测水域设置或选取若干个依次排列的参考目标；每个参考目标均对应一种设定的水面高度；步骤2B、雷达扫描：采用正北方向校准后的雷达对步骤2A设置的参考目标进行扫描，得到雷达回波图像；步骤2C、雷达增强及过滤：对雷达回波图像进行增强，将位于水面下的雷达回波图像进行过滤，从而得到水面上的雷达回波图像；步骤2D、获取参考目标高度：从水面上的雷达回波图像中筛选出最小可视雷达回波图像，作为最佳参考目标；将最佳参考目标所对应的高度，称为最佳参考目标高度；步骤3、获取光电距离水面的垂直高度：根据光电的高度，以及步骤2获取的最佳参考目标高度，计算得到光电距离水面的垂直高度；步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息：静态信息包括船舶高度和船舶宽度，能通过AIS获取；动态信息包括被监控船舶的经纬度、航速和航向，能通过雷达实时获取；步骤5、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：步骤5A、计算预推时间：根据光电设备响应时间和光电在转动不同角度时的定位时间，计算得到被监控船舶的预推时间；步骤5B、预测预推经纬度：根据步骤4获取的动态信息、以及步骤5A计算的预推时间，预测被监控船舶在预推时间后的经纬度信息；步骤5C、获取被监控船舶当前水平角度和垂直角度：根据光电的经纬度、光电距离水面的垂直高度、以及步骤5C的预推经纬度，计算得到被监控船舶相对于光电的水平角度和俯仰角度；步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：步骤6A、计算光电到被监控船舶的实际距离：根据步骤3，得到当前时刻光电距离水面的实时垂直高度，计算得到光电到被监控船舶的实际距离；步骤6B、计算被监控船舶当前视场角：利用被监控船舶的船舶高度、船舶宽度以及光电到被监控船舶的实际距离，计算得到；步骤6C、角度修正：光电在视场角切换时，根据步骤6B计算得到的被监控船舶当前视场角以及步骤5获取的在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，利用长焦一致性算法对视场角带来的轴漂误差进行水平角度和垂直角度补偿，计算被监控船舶在考虑轴漂后的的真实水平角度和垂直角度；步骤7、光电跟踪：根据步骤5获取的被监控船舶当前水平角度和垂直角度、以及步骤获取的被监控船舶当前视场角，调节与控制光电的水平角度、俯仰角度和视场角，实现光电对被监控船舶的跟踪；步骤8、重复步骤3至步骤7，实现光电的稳定实时跟踪。
2.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个反射体；其中，n≥8，每个反射体底部位置固定；相邻两个反射体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。3.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个漂浮体；其中，n≥8，每个漂浮体均为浮筒或者浮标；相邻两个漂浮体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。4.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤2A中设置的若干个参考目标为待监控水域的实时浪流。5.根据权利要求2或3或4所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤3、光电距离水面的垂直高度H的获取方法为：A、当参考目标为反射体时，步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像对应的反射体，也称最佳反射体；则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：H＝H1
‑
H2式中，H1为DGPS测量的光电高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵呈树，杨志昆，刘希慧，陈超，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京大气海洋信息系统有限公司，
类型：发明
国别省市：