技术领域
[0001] 本
发明属于
船舶避碰技术领域，尤其涉及一种船用雷达系统与红外光电扫描结合的避碰系统。
背景技术
[0002] 随着经济发展对海上运输需求的日益增加，带动了海上船舶数量的增加以及船舶向高速化大型化的发展，这使得海上航行环境日趋复杂，船舶碰撞事故时有发生，给海上航行安全和海洋生态环境造成了巨大的威胁，因此，如何提前发现存在的可能碰撞元素就显得非常必要。目前，船舶上主要采用雷达避碰技术，航海雷达是装在船上用于航行避让、船舶
定位、狭
水道引航的雷达，航海雷达在能见度不良时为航海人员提供了必需的观察手段，它的出现是航海技术发展的重大里程碑。但是，船用雷达旁波瓣、后波瓣等影响导致对近距离目标的识别功能丧失，无法及时、准确的识别近距离目标，存在近距离扫描死
角，尤其是随着船舶越造越大，越来越需要对近距离目标的提前预判了。
发明内容
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供一种船用雷达系统与红外光电扫描结合的避碰系统。为了对披露的
实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0004] 本发明采用如下技术方案：
[0005] 在一些可选的实施例中，提供一种船用雷达系统与红外光电扫描结合的避碰系统，包括：收发系统及显示控制处理系统；
[0006] 所述收发系统包括：船用雷达天线、船用雷达收发机、红外光电收发模
块、红外光电扫描滤波模块及红外扫描仰俯角调节模块；
[0007] 所述船用雷达天线设置在所述船用雷达收发机上，所述红外光电收发模块将检测的红外光电
信号输入到所述红外光电扫描滤波模块，所述红外光电收发模块通过所述红外扫描仰俯角调节模块设置在所述船用雷达天线的两端；
[0008] 显示控制处理系统包括：船用雷达显示控
制模块、红外
光信号读取模块、红外光信号产生模块、ARM处理器；
[0009] 所述红外光电扫描滤波模块滤波之后的信号经所述红外光信号读取模块进行读取转换后输入至所述ARM处理器，所述ARM处理器控制红外光信号产生模块产生红外光
电信号并输入至所述红外光电收发模块，所述船用雷达显示
控制模块与所述ARM处理器数据连接。
[0010] 在一些可选的实施例中，所述红外光电收发模块包括：用于发射红外光电信号的发射单元以及用于接收红外光电信号的接收单元；所述接收单元通过所述红外光电扫描滤波模块中的滤光片获得红外光电信号，并且将检测的红外光电信号输入到所述红外光电扫描滤波模块中的红外特性滤波
电路中。
[0011] 在一些可选的实施例中，所述发射单元包括：光发射子单元、光路聚焦子单元、光学通道及发射通道，所述光发射子单元产生的
光源经所述光路聚焦子单元进行聚焦后依次经过光学通道及所述发射通道发射出去。
[0012] 在一些可选的实施例中，所述接收单元包括：接收通道、光学通道及光感应
传感器，所述光感应传感器通过所述接收通道及光学通道接收红外光电信号。
[0013] 在一些可选的实施例中，所述红外光信号读取模块包括：AD转换单元、红外光信号FPGA读取单元、DSP红外数据计算转换单元；所述红外光电扫描滤波模块滤波之后的信号由所述AD转换单元进行AD转换，所述红外光信号FPGA读取单元读取AD转换值，并将读取的值送至所述DSP红外数据计算转换单元进行坐标转换，同时所述DSP红外数据计算转换单元将处理的数据送至所述ARM处理器进行显示。
[0014] 在一些可选的实施例中，所述红外光信号产生模块包括：红外光扫描时序电路及红外光扫描驱动电路。
[0015] 在一些可选的实施例中，所述红外光电扫描滤波模块，包括：
采样滤光片、加热丝环、除霜除湿控制
电路板、滤光片及外罩；所述采样滤光片设置在所述红外光电收发模块的收发窗口处，所述加热丝环设置在所述采样滤光片的外侧面上；所述滤光片设置在所述采样滤光片的外侧面，将加热丝环夹于所述采样滤光片和所述滤光片之间；所述除霜除湿控制电路板设置于所述红外光电收发模块上，与所述加热丝环电性连接；所述外罩与所述红外光电收发模块连接，将所述采样滤光片、所述加热丝环、所述除霜除湿控制电路板及所述滤光片罩于外罩内。
[0016] 在一些可选的实施例中，所述红外光电收发模块采用
波长为3-5微米的
中红外波段。
[0017] 本发明所带来的有益效果：本发明结合船用雷达和红外光电扫描传感器提出了一种避碰系统，在船用雷达上装上红外扫描避碰系统与雷达配合，有时完全取代雷达信号独自工作，有时则协同雷达进行扫描数据融合，具有抗干扰、动态目标
锁定、近距离扫描避碰优势，提高船用雷达目标识别性能和近距离目标识别准确性，减少船用雷达旁波瓣、后波瓣带来的影响，有效提高航行安全，减少碰撞的可能性，可以减少
硬件成本。
附图说明
[0018] 图1是本发明收发系统的结构示意图；
[0019] 图2是本发明红外光电扫描滤波模块的安装示意图；
[0020] 图3是本发明红外光电收发模块的示意图；
[0021] 图4是本发明显示控制处理系统示意图；
[0022] 图5是本发明红外光信号读取模块的原理图。
具体实施方式
[0023] 以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
[0024] 如图1至5所示，在一些说明性的实施例中，提供一种船用雷达系统与红外光电扫描结合的避碰系统，包括：收发系统及显示控制处理系统。收发系统用于信号的发送和接收，显示控制处理系统用于控制其他功能部件以及信号的处理、计算、分析以及显示。
[0025] 收发系统包括：船用雷达天线7、船用雷达收发机8、红外光电收发模块1、红外光电扫描滤波模块5及红外扫描仰俯角调节模块10。
[0026] 船用雷达天线7设置在船用雷达收发机8上，可在船用雷达收发机8上旋转，红外光电收发模块1将检测的红外光电信号输入到红外光电扫描滤波模块5，红外光电收发模块1通过红外扫描仰俯角调节模块10设置在船用雷达天线7的两端，即实现红外扫描仰俯角调节模块10控制红外扫描的上下扫描角度，同时，红外光电的水平扫描
云台借助于原雷达的转动系统，即节省了成本空间，又有效的使两者有机结合在一起。红外光电收发模块1收发红外光电信号的同时，船用雷达天线7及船用雷达收发机8也可同时工作以收发雷达信号，两者均对船舶附近的物体进行探测。
[0027] 显示控制处理系统包括：船用雷达显示控制模块9、红外光信号读取模块、红外光信号产生模块、ARM处理器。
[0028] 红外光电扫描滤波模块5滤波之后的信号经红外光信号读取模块进行读取转换后输入至ARM处理器进行数据的分析处理，ARM处理器控制红外光信号产生模块产生红外光电信号并输入至红外光电收发模块进行发射，船用雷达显示控制模块与ARM处理器数据连接。船用雷达显示控制模块与ARM处理器协同工作，对于红外光电扫描信号、雷达回波信号采用基于小波矩特征的目标识别方法，首先对目标图像进行小波矩特征提取和选择，然后通过建立的BP神经网络分类器进行目标分类，最后对两部分识别结果进行融合处理，实现了基于雷达和红外数据融合的近距目标识别并进行有效避碰处理。
[0029] 红外光电扫描避碰系统信号的滤波，主要为硬件滤波，
软件滤波两个部分。红外光电扫描滤波模块5实现硬件滤波，主要采用红外特性滤波电路以及滤光片11，红外特性滤波电路是指符合红外特性的快速滤波电路；软件滤波主要有快速防抖滤波
算法、同频干扰优化滤波算法。
[0030] 如图2所示，红外光电扫描滤波模块5，包括：采样滤光片2、加热丝环3、除霜除湿控制电路板4、滤光片11及外罩6。
[0031] 采样滤光片2设置在红外光电收发模块1的收发窗口处，加热丝环3设置在采样滤光片2的外侧面上。滤光片11设置在采样滤光片2的外侧面，将加热丝环3夹于采样滤光片2和滤光片11之间。除霜除湿控制电路板4设置于红外光电收发模块1上，与加热丝环3电性连接，控制加热丝环3升温，从而加热祛湿除雾。外罩6与红外光电收发模块1连接，将采样滤光片2、加热丝环3、除霜除湿控制电路板4及滤光片11罩于外罩6内，进行保护。红外光电扫描滤波模块5在设计时采样滤光片，滤除不需要的可见光及红外光，同时增加除霜、除湿、除雾功能。
[0032] 采样滤光片2为单波段带通滤光片，中心波长为3-5微米；滤光片为长通滤光片，波长大于1um；除霜除湿控制电路板4采用温
湿度传感器SHT11采集
温度及湿度数据，上传至
单片机，单片机下发控制指令至继电器，通过继电器控制加热和
风控进行除霜除湿处理。
[0033] 红外光电收发模块包括：用于发射红外光电信号的发射单元以及用于接收红外光电信号的接收单元。
[0034] 接收单元通过红外光电扫描滤波模块中的滤光片获得红外光电信号，并且将检测的红外光电信号输入到红外光电扫描滤波模块中的红外特性滤波电路中。接收单元包括：接收通道、光学通道及光感应传感器，光感应传感器通过接收通道及光学通道接收红外光电信号。
[0035] 发射单元包括：光发射子单元、光路聚焦子单元、光学通道及发射通道，光发射子单元产生的光源经光路聚焦子单元进行聚焦后依次经过光学通道及发射通道发射出去。接收单元和发射单元共用一个光学通道。
[0036] 红外光信号读取模块包括：AD转换单元、红外光信号FPGA读取单元、DSP红外数据计算转换单元。红外光源检测电路，即红外光电收发模块的接收单元将检测的红外光电信号输入到红外特性快速滤波电路，滤波之后的信号由AD转换单元进行AD转换，AD转换单采用ADS831芯片。红外光信号FPGA读取单元根据红外光电扫描船首检测单元的信号，红外光电扫描驱动电路的信号，来检测红外信号，读取AD转换值，并将读取的值送至DSP红外数据计算转换单元进行坐标转换，同时DSP红外数据计算转换单元将处理的数据送至ARM处理器进行显示。红外光信号FPGA读取单元采用XC3S400芯片。DSP红外数据计算转换单元采用DM642芯片。
[0037] 红外光信号产生模块包括：红外光扫描时序电路及红外光扫描驱动电路。一种船用雷达系统与红外光电扫描结合的避碰系统的硬件结构是基于原雷达系统的，所以在设计时红外光电扫描避碰系统的电路时，充分发挥原有雷达的电路原理功能，在其
基础上建立光源发生电路，即红外光电收发模块的发射单元；光源检测电路，即红外光电收发模块的接收单元；红外光扫描时序电路红外光信号FPGA读取单元；AD转换单元；红外光扫描驱动电路以及红外光电扫描船首检测单元。
[0038] 红外波长范围涵盖0.75-1000um，介于可见光与
微波之间，大气中某些分子如二
氧化
碳、水蒸气等及微粒子对于红外传输会造成
能量衰减，能够顺利透过大气的红外
辐射主要波段范围为1-2.7微米的短红外波、3-5微米的中红外波、8-14微米的长红外波，红外光电收发模块采用波长为3-5微米的中红外波段。
[0039] 本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成
电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
