多模式綜合海上目標(biāo)搜索定位技術(shù)的研究

司翰　陳丁

摘 要

我國(guó)當(dāng)前搜救定位模式較為單一，導(dǎo)致搜救效率低、定位精度差等弊端。為了解決此問(wèn)題，提出一種多模式綜合海上目標(biāo)搜索定位方案，是基于多源信息融合疊加顯示技術(shù)的一種能融合信號(hào)的高集成度、多模式、綜合化的機(jī)載搜救設(shè)備，滿足了對(duì)海上船舶目標(biāo)的跟蹤監(jiān)視、對(duì)遇險(xiǎn)船舶和落水人員的搜索定位的需求。

【關(guān)鍵詞】多源信息融合 目標(biāo)識(shí)別 搜救雷達(dá) 高精度定位 自動(dòng)應(yīng)答

我國(guó)海岸線較長(zhǎng)，海上交通制約因素較多且面臨日益復(fù)雜的政治形勢(shì)。為加強(qiáng)海上監(jiān)管密度，擴(kuò)大執(zhí)法范圍，提高航信安全，利用航空飛行器進(jìn)行海上航空巡邏和應(yīng)急搜救是最有效、最直接的介入方式。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的海上航空搜索定位技術(shù)具有功能模式多、綜合化程度高的特點(diǎn)，且具備多源信息融合和疊加顯示功能。以法國(guó)THALES公司的AMASCOS海事九淵/巡邏飛機(jī)為例，搜救人物系統(tǒng)包括了無(wú)線電設(shè)備、雷達(dá)、紅外、AIS等，且通過(guò)機(jī)載顯示平臺(tái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行綜合化顯示與跟蹤，定位手段豐富，技術(shù)先進(jìn)，有助于提高目標(biāo)識(shí)別率。目前，我處于初步發(fā)展階段，海上搜索定位設(shè)備探測(cè)手段比較單一，且不同探測(cè)方法設(shè)備不能相互融合互補(bǔ)，造成總體技術(shù)水平相對(duì)落后，海上搜救定位能力較弱的局面。

2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與主要指標(biāo)

本課題研究海上多種無(wú)線電信號(hào)的識(shí)別定位技術(shù)、各類有源目標(biāo)和無(wú)源目標(biāo)的數(shù)據(jù)融合和疊加顯示技術(shù)、基于電子海圖的目標(biāo)可視化顯示技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，形成多模式綜合化機(jī)載海上目標(biāo)搜索定位機(jī)載設(shè)備的工程化設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法，以滿足對(duì)海上船舶目標(biāo)的跟蹤監(jiān)視、對(duì)遇險(xiǎn)船舶和落水人員的搜索定位的需求。

技術(shù)指標(biāo)：（1）同時(shí)具備AIS信號(hào)、MF/HF DSC信號(hào)、VHF DSC信號(hào)、EPIRB信號(hào)、SART信號(hào)的接收和識(shí)別功能。

（2）具有無(wú)線電自主定位功能，測(cè)向精度≤5°，測(cè)距精度≤100米。

（3）具備紅外和雷達(dá)數(shù)據(jù)接口和跟蹤鏈，目標(biāo)跟蹤能力≥250批。

（4）飛行高度6000米時(shí)，目標(biāo)搜索半徑不低于250公里。

（5）基于VxWorks系統(tǒng)的機(jī)載電子海圖的多源目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示。

3 總體方案

多模式綜合化機(jī)載海上目標(biāo)搜索定位設(shè)備主要主控計(jì)算機(jī)、AIS信號(hào)收發(fā)子系統(tǒng)、MF/HF DSC收發(fā)子系統(tǒng)、VHF DSC收發(fā)子系統(tǒng)、EPIRB接收子系統(tǒng)、X波段搜索雷達(dá)（SART收發(fā)子系統(tǒng)）、機(jī)載定位對(duì)時(shí)裝置，顯控終端、人機(jī)交互系統(tǒng)以及其他預(yù)留傳感器接口（紅外探測(cè)等）。

3.1 主控計(jì)算機(jī)

主控計(jì)算機(jī)主要承擔(dān)多個(gè)不同種類目標(biāo)探測(cè)收發(fā)系統(tǒng)和傳感器通訊數(shù)據(jù)處理、不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，多源信息融合處理，最終實(shí)現(xiàn)搜索目標(biāo)匹配和航跡相關(guān)濾波。基本配置有AIS信號(hào)收發(fā)子系統(tǒng)、MF/HF DSC收發(fā)子系統(tǒng)、VHF DSC收發(fā)子系統(tǒng)、EPIRB接收子系統(tǒng)、X波段搜索雷達(dá)等，完成對(duì)其本子系統(tǒng)對(duì)探測(cè)目標(biāo)坐標(biāo)信號(hào)的收發(fā)、采集、濾波、解碼等。

3.2 顯控終端與人機(jī)交互系統(tǒng)

顯控終端實(shí)現(xiàn)電子海圖與對(duì)應(yīng)海面搜索目標(biāo)疊加和實(shí)時(shí)顯示。人機(jī)交互系統(tǒng)使操作者方便的進(jìn)行設(shè)備操作。機(jī)載定位對(duì)時(shí)裝置采用GPS/GLOSNASS/北斗/伽利略多種方式并存，使定位精度得到保證。設(shè)備預(yù)留其他傳感器接口（采用RS485，RS232，RS422、CAN等總線形式），可以方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。

3.3 AIS信號(hào)收發(fā)子系統(tǒng)

AIS（船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）的主要功能是船舶識(shí)別、監(jiān)視、通信和狀態(tài)報(bào)告，該系統(tǒng)為船船及船岸間的信息交換提供了新的手段。有助于加強(qiáng)海上交通管制并提高海域安全管理效率AIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了船舶的自動(dòng)識(shí)別功能，還能實(shí)現(xiàn)諸如導(dǎo)航、監(jiān)視、通信、控制、狀態(tài)報(bào)告等其他功能。

3.4 MF/HF DCS信號(hào)收發(fā)子系統(tǒng)

DSC（數(shù)字選擇性呼叫終端）是利用檢錯(cuò)編碼技術(shù)，并由工作在MF、HF和VHF海上通信頻帶的海岸電臺(tái)和船舶電臺(tái)所使用一個(gè)數(shù)字選擇呼叫系統(tǒng)。主要由船舶電臺(tái)發(fā)送遇險(xiǎn)報(bào)警并由海岸電臺(tái)發(fā)送對(duì)該報(bào)警的收妥承認(rèn)所使用的一個(gè)系統(tǒng)。船舶電臺(tái)或海岸電臺(tái)還可以使用該系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)遇險(xiǎn)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)海上遇險(xiǎn)通信和救援。

3.5 EPIRB信號(hào)接收子系統(tǒng)

EPIRB（衛(wèi)星應(yīng)急示位標(biāo)）作用是在船舶遇險(xiǎn)時(shí)以406.025MHZ的頻率向衛(wèi)星發(fā)送緊急遇險(xiǎn)信號(hào)。主要作用是為遇險(xiǎn)的船舶發(fā)送遇險(xiǎn)信號(hào)，通過(guò)該設(shè)備，將遇險(xiǎn)信號(hào)發(fā)送給全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)，搜救系統(tǒng)再將信號(hào)發(fā)送給離遇險(xiǎn)地點(diǎn)較近的地面站臺(tái)，由站臺(tái)組織營(yíng)救工作。EPIRB接收子系統(tǒng)可以接收到由衛(wèi)星中繼的EPIRB無(wú)線電信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字中頻解調(diào)技術(shù)進(jìn)行解調(diào)，對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，可將失事船舶、落水人員的精確位置信息顯示出來(lái)。

3.6 X波段搜索雷達(dá)

SART（搜救雷達(dá)應(yīng)答器）必須與X波段搜索雷達(dá)相配合才能實(shí)現(xiàn)定位功能，搜救雷達(dá)應(yīng)答器平時(shí)處于待命狀態(tài)， 只有X波段搜索雷達(dá)信號(hào)作用到雷達(dá)應(yīng)答器天線上并被收到后， 應(yīng)答器才會(huì)立即發(fā)出應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)接收到搜救船只或飛機(jī)的X波段雷達(dá)信號(hào)時(shí)， 將信號(hào)放大并進(jìn)行標(biāo)記， 并立即做出反應(yīng)， 發(fā)射一串應(yīng)答信號(hào)，等效增大搜救對(duì)象的雷達(dá)散射截面積， 使搜救船只在雷達(dá)屏幕上很容易發(fā)現(xiàn)識(shí)別，并確定其位置。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確搜索與精確定位。采用了多源信息融合疊加顯示技術(shù)提高對(duì)船舶、人員等海上目標(biāo)的搜索定位成功率；通過(guò)綜合化和可視化處理方法增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)識(shí)別和跟蹤效率，從而提升海上維權(quán)、執(zhí)法、安全監(jiān)管和應(yīng)急搜救能力。

參考文獻(xiàn)

[1]于娜.通用自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的應(yīng)用研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2007.

[2]朱耀輝.虛擬海岸電臺(tái)技術(shù)的研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2006.

[3]王祖佩.緊急無(wú)線電示位標(biāo)的介紹[J]. 航海技術(shù)，1994（3）：35-36.

作者簡(jiǎn)介

司翰，男，現(xiàn)為西安黃河機(jī)電有限公司設(shè)計(jì)研究所工程師，主要從事技術(shù)管理及雷達(dá)系統(tǒng)電源技術(shù)研究工作。

作者單位

西安黃河機(jī)電有限公司設(shè)計(jì)研究所 陜西省西安市 710043endprint