基于雷达的近海船舶分布式监控系统

收稿日期:2007 09 06修回日期:2007 10 24

基金项目:国家自然科学基金(60573087)作者简介:郝江凌(1971-),男,硕士,讲师。研究方向:交通信息工程及控制。E mail:hao jl@dmu

文章编号:1671 7953(2008)01 0100 04

基于雷达的近海船舶分布式监控系统

郝江凌1

,胡景峰1

,史金余2

,赵丽宁

1

(1.大连海事大学航海学院,辽宁大连116026;2.大连海事大学计算机科学与技术学院,辽宁大连116026)

摘 要:为了实现对近海船舶的监控,将电子海图显示与信息系统(ECDIS)和雷达监控相结合,构建了一种近海船舶分布式监控系统。系统应用于对渔船的监控,结果表明,雷达监控站能够准确传输雷达图像至监控中心,中心监控系统能够实现对近海渔船的监控,说明系统有效、可行。

关键词:近海船舶分布式监控;电子海图显示与信息系统;嵌入式雷达控制器;中图分类号:U 675.79;S951.4 文献标志码:A

A Distributed M onitoring System for Coasting Ships

Based on Radar

HAO Jiang ling 1,HU Jing feng 1,Shi Jing yu 2,ZHAO Li ning 1

(1.N av igat ion College,Dalian M a ritime U niversit y,Dalian 116026,China;

puter Science and T echno lo gy Co llege Dalian M ar itime U niv er sity Dalian 116026,China)Abstract:F or pro tect ing inshor e fisher y resources,a monit or ing sy stem based o n a electro nic char t display and infor mation system (ECDIS)and radar monito ring is pr oposed to ov ersee coasting ships.A pplied r esult show s this system ex tends the radar s remo te telemetry and monito ring functions.Because of the rapid data transmission betw een center and radar statio n,it is an efficient means to monit or coasting ships for protecting insho re fishery resources.

Key words:distr ibut ed monito ring system for coasting ships;ECDIS;embedded r adar co nt ro ller

实现船岸之间的数据交换和通信是船舶监控

系统首要解决的问题。

小型船舶(如渔船)的通信、导航设备落后,已有的方法[1 3]

都难以实现对其实时监控。因此考虑将ECDIS 与嵌入式雷达相结合,构建近海船舶分布式监控系统。

1 系统架构

系统由若干个固定在近海沿岸的雷达监控站和一个中心监控系统组成。雷达监控站采用1台嵌入式雷达构成,将雷达图像存储、压缩后,利用

CDMA/GPRS 通信技术向中心发送雷达图像,并接收中心发来的调度和控制命令。

中心监控系统是整个系统的数据中心和通信控制中心,以电子海图显示与信息系统(electron ic chart display and info rmatio n system,ECDIS)为基础平台,通过Internet 网络技术,接收雷达监控站发来的雷达图像,解压后叠加在电子海图上。然后实现对目标回波的定位;在电子海图上划定报警线,对越过报警线的目标回波进行报警;向雷达监控站发送指令,实现远程遥控。

雷达站监控平台通过CDM A/GPRS 移动电话网接入Internet,中心监控系统通过ADSL 接入Internet,中心监控系统和雷达站组成基于In ternet 的网络结构。这样,利用Internet 网络技术、CDMA/GPRS 通信技术、雷达技术和电子海图技术,建立了近海船舶分布式监控系统。

2 中心监控系统工作原理

中心监控系统的基础平台是一个符合国际标准的电子海图显示与信息系统,该平台对符合IH O S 57国际标准[4]的电子海图实现即插即

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第37卷 第1期2008年2月 船海工程SHIP &O CEA N ENG IN EER ING

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用,海图显示性能符合IH O S 52规范[5]。依据S 52表示库开发的系统具有海图显示与控制(包括放大、缩小、漫游和信息分层、多幅海图的无缝拼接、雷达图象叠加)、临时标绘(包括点、线、圆形、多边形、文字等)等功能,并可实现航行状态监控、数据通信[6]

(连接ARPA/雷达、AIS/GPS 、CDMA/GPRS 等通信导航设备)、航行安全报警、海图计算与测量、航线设计、避碰决策支持(DC PA/BCPA/T CPA 计算)、台风和潮汐信息、海上地理信息查询、海图改正等功能,系统功能见图1

。

图1 系统功能框图

依据IH O S 57国际标准,将海图改正信息(包括码头、航道、锚地、水深、助航标志、碍航物等物标的变更信息等)制成标准的 海图改正数据集!;中心指挥系统还可依据∀航海通告#对电子海图进行改正,以使系统使用的电子海图保持最新。中心监控系统实现了雷达视频图像与电子海图在不同雷达量程、不同显示比例尺、不同显示模式情况下的坐标匹配和同步[7]。雷达监控站将雷达图像按一定的周期通过CDM A/GPRS 通讯模块发送到监控中心。中心监控系统监视到有船舶进入报警区时,自动以声、形、文字等方式报警,同时持续跟踪并记录时间和图像。

监控中心采用FT P 协议向雷达监控站发送指令文件,每个雷达监控站以其主控计算机的IP 作为唯一标识。指令包括2种类型:雷达操作指令和文件发送频率指令,用于控制雷达(如改变量程等)和改变文件发送频率。

3 嵌入式雷达控制器件设计

雷达监控站选用的是日本KODEN 公司生产的型号为MD 3641/3642雷达,设计开发的嵌入式雷达控制单元采用美国A TM EL 公司生产的高档8位单片机AT89C4051作为CPU,硬件开发平台为ET X(em bedded techno logy ex tend

ed)嵌入式PC [8]。

雷达控制器是遥控雷达的主要组成部分,功能是根据约定或数据处理计算机送来的指令给雷达各受控分系统传送各种控制码,配合定时器协调雷达各分系统同步工作;自动控制雷达系统各工作方式之间的快速转换;实现雷达系统监测(分系统BITE 监测);产生随机跳频功能;产生模拟信号。

图2是以ET X 嵌入式PC 构成的雷达控制器逻辑框图,由于大量采用数字信号处理器(dig ital signal processing,DSP)和现场可编程门阵列(field progr am mable gate array,FPGA )进行模块设计,实际的雷达控制器是一个以ETX 嵌入式PC

为核心的分布式处理系统。

图2 嵌入式雷达控制器逻辑框图

3.1 模块功能

1)ETX 嵌入式PC 。雷达控制器的核心部件,实时处理各种输入输出的信号,根据雷达系统的要求,把各种指令通过指令分配送给各受控分系统,使处理信息的速度、容量、灵活性有了很大的提高,也使雷达控制器的性能得到了提升。2)接收控制器。接收定时、反干扰、伺服、和数据处理计算机等分系统送来的各种信号,经排序,送到ETX 嵌入式PC 和指令分配器中进行处理。

3)指令分配器。接收ET X 嵌入式PC 和接收控制器送来的各种信息,并按照一定的时序把各种宏指令和状态指令发送到各受控分系统。

4)目标检测器。用于分调状态下,给接收机提供若干条固定波位的航迹,用于调试和检查接收机、信号处理、目标提取、计算机及软件。

5)全机监测。对雷达中各分系统的故障信息进行分析、汇总并送显示器显示,让监控中心的操作员及时了解雷达工作状态及故障情况;对接收分系统传送的故障信息必须实时采集(每个波

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