智能雷達(dá)光電探測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)單點(diǎn)基本方案

1、智能雷達(dá)光電探測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)單點(diǎn)基本方案一、 系統(tǒng)概述根據(jù)監(jiān)控需求：岸基對(duì)海310公里范圍內(nèi)主要大小批量目標(biāo)；主動(dòng)雷達(dá)光電探測(cè)和識(shí)別；多目標(biāo)闖入和離去自動(dòng)報(bào)警智能職守；系統(tǒng)接入指揮中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理；目標(biāo)海圖顯示管理；系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)、跟蹤鎖定侵入目標(biāo)、根據(jù)設(shè)定條件進(jìn)行驅(qū)散、同時(shí)自動(dòng)生成事件報(bào)告記錄，可以實(shí)現(xiàn)事故發(fā)生后的事件追溯，協(xié)助事故調(diào)查。 1. 項(xiàng)目建設(shè)主要目的Ø 為監(jiān)控區(qū)域安全提供綜合性的早期預(yù)警信息；Ø 通過(guò)綜合化監(jiān)測(cè)提高處置和應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)事件的指揮能力。2. 基本需求分析：需配置全自動(dòng)、全量程具備遠(yuǎn)距離小目標(biāo)智能雷達(dá)探測(cè)監(jiān)視和光電識(shí)別系統(tǒng)，系統(tǒng)具備多目標(biāo)自

2、動(dòng)持續(xù)穩(wěn)定跟蹤、多種智能報(bào)警功能、支持雷達(dá)視頻實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、支持留查取證的雷達(dá)視頻聯(lián)動(dòng)回放功能等；同時(shí)后期系統(tǒng)需具備根據(jù)用戶需求的功能完善二次開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)支持后續(xù)相關(guān)功能、擴(kuò)點(diǎn)組網(wǎng)應(yīng)用需求。根據(jù)需求和建設(shè)主要目的，選型國(guó)際同類(lèi)技術(shù)先進(jìn)水平，擁有相關(guān)技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備二次技術(shù)深化開(kāi)發(fā)的北京海蘭信數(shù)據(jù)科技股份有限公司（2001年成立，2010年國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)板上市，股票代碼：300065，致力于航海智能化與海洋防務(wù)/信息化的國(guó)內(nèi)唯一上市企業(yè)）的智能監(jiān)視雷達(dá)光電系統(tǒng)。該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外有眾多海事相關(guān)成熟應(yīng)用案例，熟悉國(guó)內(nèi)海事、海監(jiān)、海警、漁政公務(wù)執(zhí)法及救撈業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)等。同時(shí)，該系統(tǒng)近期成功中標(biāo)國(guó)內(nèi)近年來(lái)相

3、關(guān)領(lǐng)域多套（20套）雷達(dá)光電組網(wǎng)項(xiàng)目，充分說(shuō)明該系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)先及成熟應(yīng)用的市場(chǎng)廣泛接受度。3. 項(xiàng)目建成后的主要特點(diǎn)Ø 全天候、全覆蓋、全自動(dòng)的立體化監(jiān)控。該系統(tǒng)具備對(duì)多傳感器信息融合的能力，確保對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)雷達(dá)信息源、光電、AIS、GPS等設(shè)備信號(hào)源進(jìn)行有機(jī)的融合和整合。Ø 系統(tǒng)具備了預(yù)警、報(bào)警、實(shí)時(shí)錄取回放的綜合功能。任何目標(biāo)物進(jìn)入雷達(dá)視距時(shí)，系統(tǒng)即開(kāi)始進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目標(biāo)物觸碰警報(bào)規(guī)則后，指揮室獲得報(bào)警信號(hào)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)設(shè)備綜合光電鎖定警報(bào)目標(biāo)，以便驅(qū)離。整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄、方便隨時(shí)調(diào)用回放。Ø 系統(tǒng)技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。該系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用了國(guó)際先進(jìn)的“先跟蹤后探測(cè)”算

4、法技術(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和跟蹤，保證了在嚴(yán)苛條件下滿足對(duì)目標(biāo)地探測(cè)與持續(xù)跟蹤能力。Ø 該系統(tǒng)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，開(kāi)放靈活的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠根據(jù)需求進(jìn)行不同的組合和配置，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)。Ø 維護(hù)便捷，由于采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，獲得用戶授權(quán)后能連接到用戶網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程支援維修維護(hù)系統(tǒng)，從而提高維護(hù)效率，減少維護(hù)成本。Ø 可靠性高，充分適應(yīng)不同的海洋環(huán)境。二、 系統(tǒng)設(shè)備清單序號(hào)材料名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量1X波段雷達(dá)，IP65（含安裝支架）HLD800/900；8ft，25kw 1套2小目標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器及顯示終端軟件HLD-STTD-1000Radpro V1.6.0.0COREi7-

5、4770TE2.3G8GDDR3內(nèi)存2塊容量2TB硬盤(pán)RVAQ雷達(dá)視頻采集卡1套3AIS，IP65（含安裝支架）NAR-10001套4綜合光電設(shè)備，IP65（含編碼器、安裝支架）ITV1001套5工作站（客戶端）Z230SFFCPU/主頻:IntelCorei5-4570/3.2GHz內(nèi)存:4GB硬盤(pán)：1TB光驅(qū)：DVD-ROM網(wǎng)卡：千兆顯示器：Z24i，1920×10801套6服務(wù)器ProliantDL388Gen9XeonE5-2620v316G內(nèi)存4TBSATA1套7輔材輔料1批三、 系統(tǒng)構(gòu)成2.1 系統(tǒng)構(gòu)架示意圖（后續(xù)支撐四套組網(wǎng)擴(kuò)展示意）3.1 雷達(dá)分系統(tǒng)雷達(dá)是系統(tǒng)中的主要

6、傳感器，其性能和對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)處理能力對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。項(xiàng)目使用的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)與目標(biāo)跟蹤技術(shù)能夠形成一套完整的對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)地帶跟蹤監(jiān)測(cè)解決方案，其從信號(hào)提取能力、目標(biāo)處理的容量、目標(biāo)處理精度幾方面均具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。圖2.2 雷達(dá)系統(tǒng)方框圖雷達(dá)采用大型波導(dǎo)裂縫天線雷達(dá)，技術(shù)指標(biāo)如下：天線尺寸8英尺天線形態(tài)波導(dǎo)裂縫式收發(fā)機(jī)波段X波段收發(fā)機(jī)最高輸出功率10千瓦水平波束寬-3dB最大1º垂直波束寬-3dB最大24º增益值31dBi限制相對(duì)風(fēng)速120km/hr天線轉(zhuǎn)速28rpm可選轉(zhuǎn)速45rpm抗風(fēng)能力45m/s（工作）60m/s（生存）馬達(dá)有保護(hù)，有告警該系統(tǒng)雷達(dá)原始視頻采集

7、（RVAQ）模塊能夠與不同的雷達(dá)傳感器相連接。該模塊從雷達(dá)傳感器接收視頻，觸發(fā)，天線方位角和天線航向信號(hào)并對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)行模擬。雷達(dá)原始視頻也在該階段進(jìn)行數(shù)字化。而在此時(shí)模塊并不執(zhí)行對(duì)任何目標(biāo)的檢測(cè)，過(guò)濾或信號(hào)處理。可通過(guò)一個(gè)內(nèi)置的示波器對(duì)輸入到該模塊的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控并將其顯示到服務(wù)監(jiān)視器上。此外，該系統(tǒng)雷達(dá)處理器在不同的海雜波和雨滴雜波以及來(lái)自其他雷達(dá)的干擾下能適應(yīng)各種氣象條件?？赏ㄟ^(guò)一項(xiàng)基于浮動(dòng)閾值，誤報(bào)率和多項(xiàng)掃描相關(guān)性組合的先進(jìn)自適應(yīng)濾波技術(shù)來(lái)抑制不需要的信號(hào)。雷達(dá)目標(biāo)跟蹤處理模塊：海蘭信提供的雷達(dá)目標(biāo)跟蹤處理模塊用來(lái)全自動(dòng)跟蹤、探測(cè)移動(dòng)的及固定的目標(biāo)。這些功能可不借助人工而全天候在整個(gè)雷

8、達(dá)覆蓋區(qū)域進(jìn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，便于未來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性和功能性升級(jí)。雷達(dá)目標(biāo)跟蹤處理模塊主要性能特點(diǎn)：Ø 子系統(tǒng)系統(tǒng)本身不受雷達(dá)型號(hào)限制：系統(tǒng)可與多種型號(hào)的雷達(dá)相鏈接，且性能不受影響；Ø 安裝簡(jiǎn)易、適應(yīng)岸基與船載系統(tǒng)：通過(guò)PCI插卡及商用電腦即可實(shí)現(xiàn)安裝，岸基系統(tǒng)不需要更多的輔助性設(shè)施，而船載系統(tǒng)通過(guò)與羅經(jīng)、GPS等設(shè)備的整合可達(dá)到與岸基系統(tǒng)相同的性能指標(biāo)；Ø 雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)自動(dòng)跟蹤探測(cè)目標(biāo)：經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試后，在雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)具有全自動(dòng)的目標(biāo)跟蹤探測(cè)功能；Ø 目標(biāo)跟蹤探測(cè)能力強(qiáng)：系統(tǒng)使用的是綜合性很強(qiáng)的先跟蹤后探測(cè)（TBD）算法，國(guó)內(nèi)有量化試驗(yàn)證明系

9、統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)有強(qiáng)的自動(dòng)跟蹤探測(cè)能力；Ø 功能強(qiáng)大的綜合顯控終端：要求以S57電子海圖為界面的綜合顯控終端不但可以更清晰的顯示目標(biāo)位置，還具有更多綜合性很強(qiáng)的操控功能（如：報(bào)警區(qū)自由設(shè)定、疊加雷達(dá)視頻信號(hào)等）；Ø 隨時(shí)可擴(kuò)展為大型系統(tǒng)：系統(tǒng)可隨時(shí)按照客戶要求增加信息源數(shù)量及終端數(shù)量，以擴(kuò)展為大型系統(tǒng)；Ø 維護(hù)簡(jiǎn)易且實(shí)時(shí)性強(qiáng)：系統(tǒng)維護(hù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，使系統(tǒng)維護(hù)的及時(shí)性、便捷性得以保障。雷達(dá)作用距離在發(fā)現(xiàn)概率Pd90%，恒虛警率Pf10-6，3級(jí)海況的條件下，作用距離：（雷達(dá)高度20m）Ø 大型目標(biāo)（RCS50，高度20m）：雷達(dá)視距；Ø 中目標(biāo)（RC

10、S10,高度5m）：10海里。Ø 小目標(biāo)（RCS1，高度1m）：3海里雷達(dá)目標(biāo)分辨力Ø 方位分辨力：1°；Ø 距離分辨力：25m雷達(dá)處理精度Ø 方位精度：約0.01°；Ø 距離精度：約2m；Ø 航向精度：2°（速度大于5kn時(shí)）；Ø 航速精度：0.5kn（速度小于10kn時(shí)），5%（速度大于10kn時(shí)）；Ø 跟蹤速度：直線速度20kn跟蹤能力跟蹤目標(biāo)：2000個(gè)3.2 光電分系統(tǒng)122.12.22.2.12.2.22.2.3光電分系統(tǒng)的主要功能是在綜合終端顯控系統(tǒng)上通過(guò)選取目標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)安

11、裝在監(jiān)控點(diǎn)的光電設(shè)備自動(dòng)選取目標(biāo)的關(guān)聯(lián)。這一功能可以讓操作員實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的遠(yuǎn)程精確操控，進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別、跟蹤，實(shí)現(xiàn)全天候、全方位對(duì)地、海、空目標(biāo)進(jìn)行搜索、自動(dòng)跟蹤。同時(shí)，將光電記錄的視頻信息實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以便事后調(diào)閱分析。122.12.22.2.12.2.22.2.32.2.3.1光電分系統(tǒng)由光學(xué)透霧可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外熱像儀集成，保證在晴天、有星光、低照度等多種氣象條件下晝夜成像。原理及組成如下圖：圖2.3 光電子系統(tǒng)原理圖光電功能：Ø 白光成像及透霧功能Ø 激光或紅外熱成像功能Ø 雷達(dá)引導(dǎo)跟蹤功能Ø 視頻增強(qiáng)（針對(duì)低照度、霧霾天氣的特殊處理）圖2.4 距雷達(dá)2

12、海里的船舶光電觀察效果圖圖2.5 透霧效果圖光電作用距離：使用環(huán)境為海邊，能見(jiàn)度20公里，濕度80%，溫度2033時(shí)：目標(biāo)類(lèi)型3×210×5電視探測(cè)距離5km8km電視識(shí)別距離3km4km對(duì)人認(rèn)清距離（取證）500m紅外探測(cè)4km6km紅外設(shè)備3km4km3.3 服務(wù)器數(shù)據(jù)融合與存儲(chǔ)圖2.6 系統(tǒng)信息服務(wù)器流程圖Ø 關(guān)聯(lián)各個(gè)單一傳感器所搜集的數(shù)據(jù)Ø 跟蹤區(qū)域特定區(qū)域內(nèi)跟蹤參數(shù)可以單獨(dú)設(shè)定Ø 同時(shí)處理多達(dá)512部傳感器信息Ø 同時(shí)跟蹤超過(guò)20,000個(gè)目標(biāo)Ø 經(jīng)過(guò)融合處理后，系統(tǒng)最終可以提供給終端顯示控制平臺(tái)的參數(shù)，包括：目標(biāo)

13、ID或名稱、位置、時(shí)間點(diǎn)、航向和速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、目標(biāo)狀態(tài)、輪廓。如下圖所示：3.4 態(tài)勢(shì)顯示終端態(tài)勢(shì)顯示終端是用戶操作使用的主界面程序，從目標(biāo)管理器接收已處理的雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)，以電子海圖為背景進(jìn)行顯示。圖2.7態(tài)勢(shì)顯示終端界面1. 海圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以接收S-57/S-63/C-MAP格式的海圖。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的顯示速度，將海圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于顯示的格式。當(dāng)獲得軍用制式海圖數(shù)據(jù)后，調(diào)整軟件功能，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2. 海圖數(shù)據(jù)管理海圖數(shù)據(jù)管理包括海圖數(shù)據(jù)密鑰管理、數(shù)據(jù)類(lèi)型管理、證書(shū)管理、圖幅管理和海圖數(shù)據(jù)加載管理。3. 海圖數(shù)據(jù)顯示海圖數(shù)據(jù)的顯示符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，使用DirectX加速顯示技術(shù)

14、。4. 雷達(dá)回波顯示從目標(biāo)管理器接收到雷達(dá)回波，把雷達(dá)回波數(shù)據(jù)解析成便于顯示的位圖數(shù)據(jù)，直接操作內(nèi)存，然后一次性復(fù)制到顯存，提高顯示速度。當(dāng)雷達(dá)回波轉(zhuǎn)換成位圖數(shù)據(jù)顯示時(shí)，采用極坐標(biāo)查表法，省去浮點(diǎn)計(jì)算，顯著提高轉(zhuǎn)換速度?；夭@示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可方便顯示余輝。5. 雷達(dá)目標(biāo)顯示目標(biāo)顯示符合招標(biāo)要求和IMO雷達(dá)目標(biāo)標(biāo)繪相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能形象地顯示目標(biāo)矢量。6. AIS目標(biāo)顯示AIS目標(biāo)顯示符合招標(biāo)要求和IMO雷達(dá)目標(biāo)標(biāo)繪相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能形象地顯示目標(biāo)矢量。7. 融合目標(biāo)顯示顯示經(jīng)雷達(dá)、AIS、光電提取目標(biāo)融合后的結(jié)果。8. 警戒區(qū)管理及目標(biāo)報(bào)警可以按照規(guī)則設(shè)置警戒區(qū)，對(duì)于報(bào)警目標(biāo)進(jìn)行顯示及報(bào)警。9. 記錄回放系

15、統(tǒng)在各個(gè)監(jiān)控和指揮中心配置了一臺(tái)專門(mén)的服務(wù)器，專門(mén)用于對(duì)各種傳感器的數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行記錄，供事后重演，查找證據(jù)，分析系統(tǒng)參數(shù)故障隱患等使用。四、 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案4.1 基于非恒定自適應(yīng)門(mén)限的目標(biāo)全自動(dòng)探測(cè)技術(shù)本系統(tǒng)要求在確定的虛警率和探測(cè)概率下能夠自動(dòng)錄取目標(biāo)、輸出目標(biāo)信息的功能，是整個(gè)系統(tǒng)中最核心的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的目標(biāo)自動(dòng)錄取的做法是在一定區(qū)域設(shè)定恒定的門(mén)限進(jìn)行雜波抑制，系統(tǒng)判斷回波是否超過(guò)門(mén)限來(lái)自動(dòng)錄取目標(biāo)，這種做法往往會(huì)造成探測(cè)概率下降。為了解決此問(wèn)題，海蘭信采用非恒定自適應(yīng)門(mén)限的TBD算法進(jìn)行目標(biāo)自動(dòng)錄取。將雷達(dá)覆蓋域分割成若干個(gè)小模塊，每個(gè)模塊的門(mén)限由本模塊的視頻統(tǒng)計(jì)來(lái)決定，提高了發(fā)現(xiàn)概率，尤其是在復(fù)雜海況、惡劣天氣下對(duì)小目標(biāo)的檢測(cè)概率有很大的提升。4.2 雷達(dá)引導(dǎo)其他設(shè)備聯(lián)動(dòng)技術(shù)招標(biāo)書(shū)中要求雷達(dá)目標(biāo)能夠引導(dǎo)其他光電設(shè)備實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，是系統(tǒng)的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，在顯示時(shí)轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系投影到海圖地圖上，而且為二維數(shù)據(jù)。光電等設(shè)備對(duì)目標(biāo)跟蹤需要知道目標(biāo)的方位、俯仰、距離參數(shù)，其中距離用于