一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置与方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置与方法，该装置包括信号采集单元，包括船载ARPA雷达、本船驾驶室传感器、AIS终端；定时器，用于以计数方式采集灯座在水平和竖直方向两个旋转编码器的脉冲信号；信号处理单元，用于根据信号采集单元的信息和定时器的脉冲信号，得出当前灯座的旋转位置，并得到探照灯相对当前位置需要转动的水平和垂直的角度；灯座控制单元，用于根据单片机输出信息，控制整个灯座的水平和垂直转动。本发明装置解决了当前船载避碰和导航设备在夜间使用时不方便不直观的问题，采用大功率探照灯对可能发生碰撞的动态目标自动地进行及时的定位和跟踪，降低了船员忽视潜在碰撞风险的可能性。
【专利说明】一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶【技术领域】，尤其涉及一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置与方法。
【背景技术】
[0002]近年来，我国内河航运业正处于一个新的繁荣发展期，无从船舶数量还是吨位上来讲都有了突飞猛进的发展，然而随之而来的船舶通航安全问题也日益严重。船舶通航安全问题主要是指船 舶在通航时有无碰撞、触损、搁浅等问题，为了避免此类威胁船舶安全的事故发生，内河船舶一般都装备了 AIS系统，ARPA雷达，VHF通话设备以辅助船舶导航和避碰。然而这些系统和设备在白天时对于有经验的水手和船员来说作用并不是十分明显，他们可以凭经验在可能发生碰撞的情况下做出合理的诸如减速、转舵等操作来避免威胁船舶安全的事故发生；与此同时，在夜间，可视度下降，舵手对AIS终端、雷达和VHF通话设备的依赖程度急剧增加，然而往返于这些设备之间显得极其不便，即使这些设备能提供准确的信息通常船员也需要使用大功率探照灯对相应方向进行照射以确认。所以，船舶在夜间通航的风险要远远大于白天，对于桥区和码头等繁忙水域更是如此。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置与方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置，包括
?目号米集单兀，包括船载ARPA雷达、本船驾驶室传感器、AIS终立而；
所述ARPA雷达，用于采集本船附近航行的船舶(相对于本船)的距离和他船的航向和航速息;
本船驾驶室传感器，用于采集本船的航向和航速信息；
AIS终端，用于采集相应方向船舶的船高信息；
定时器，用于以计数方式采集灯座在水平和竖直方向两个旋转编码器的脉冲信号；信号处理单元，用于根据信号采集单元的信息和定时器的脉冲信号，得出当前灯座的旋转位置，并得到探照灯相对当前位置需要转动的水平和垂直的角度；
还用于输出控制单元所需的PWM信号；
灯座控制单元，用于根据单片机输出的PWM信号，控制整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标。
[0005]按上述方案，所述灯座控制单元包括驱动电路和步进电机；用于控制PWM信号经过驱动电路后传送给步进电机，并控制步进电机通过传动机构带动整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标。
[0006]本发明还提供一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪方法，该方法可使用上述装置。
[0007]—种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪方法，包括以下步骤:
I)接收信号采集单元采集的信息；
2 )若有船舶进入预警范围，则给探照灯供电；若无船舶进入预警范围，则关闭探照灯电
源；
3)对进入预警范围的各船舶目标进行危险度排序，检查与最危险目标的预期最短会遇距离是否小于海事要求的范围，若小于则蜂鸣器报警；
4)对进入预警范围的船舶目标按危险度由低到高各进行一次立即跟踪的扫描；所述立即跟踪是指根据信号采集单元采集的当前被跟踪目标的即时信息定位被跟踪目标；
5)对最危险目标进行动态的预测跟踪；所述预测跟踪是指根据信号采集单元采集的两次雷达扫描间隔时间里根据上次获取的关于他船及本船的信息来推测一个雷达扫描周期后被跟踪目标定位信息；
6)根据立即跟踪或预测跟踪需要控制整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标。
[0008]按上述方案，所述危险度排序通过如下算法得出:
3.1)首先对所有目标船舶进行分组，设目标船舶与本船的预期最短会遇距离为
Di，海事要求的两船最短会遇距离为d，两船达到最短会遇距离的预期时间为匕
(i=0，l，2，3...) -,D1 <d 为组 A，!?:.>d 则为组 B;
3.2)组间排序:组A内所有目标危险度大于组B所有目标的危险度；
3.3)对组A内所有目标按其与本船达到最短会遇距离的预期时间长短进行排序，^越
小则危险度越高；
对组B内所有目标计算其危险度因子K:
【权利要求】
1.一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置，其特征在于，包括信号采集单元，包括船载ARPA雷达、本船驾驶室传感器、AIS终端； 所述ARPA雷达，用于采集本船附近航行的船舶相对于本船的距离和他船的航向和航速息; 本船驾驶室传感器，用于采集本船的航向和航速信息； AIS终端，用于采集相应方向船舶的船高信息； 定时器，用于以计数方式采集灯座在水平和竖直方向两个旋转编码器的脉冲信号；信号处理单元，用于根据信号采集单元的信息和定时器的脉冲信号，得出当前灯座的旋转位置，并得到探照灯相对当前位置需要转动的水平和垂直的角度； 还用于输出控制单元所需的PWM信号； 灯座控制单元，用于根据单片机输出的PWM信号，控制整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标。
2.一种使用权利要求1所述装置的用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤: I)接收信号采集单元采集的信息； 2 )若有船舶进入预警范围，则给探照灯供电；若无船舶进入预警范围，则关闭探照灯电源； 3)对进入预警范围的各船舶目标进行危险度排序，检查与最危险目标的预期最短会遇距离是否小于海事要求的范围，若小于则蜂鸣器报警； 4)对进入预警范围的船舶目标按危险度由低到高各进行一次立即跟踪的扫描；所述立即跟踪是指根据信号采集单元采集的当前被跟踪目标的即时信息定位被跟踪目标； 5)对最危险目标进行动态的预测跟踪；所述预测跟踪是指根据信号采集单元采集的两次雷达扫描间隔时间里根据上次获取的关于他船及本船的信息来推测一个雷达扫描周期后被跟踪目标定位信息； 6)根据立即跟踪或预测跟踪需要控制整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标。
3.根据权利要求2所述的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于，所述危险度排序通过如下算法得出: 3.1)首先对所有目标船舶进行分组，设目标船舶与本船的预期最短会遇距离为Di，海事要求的两船最短会遇距离为d，两船达到最短会遇距离的预期时间为『:(i=0，l，2，3...) ,Di <d 为组 A，Df >d 则为组 B; 3.2)组间排序:组A内所有目标危险度大于组B所有目标的危险度； 3.3)对组A内所有目标按其与本船达到最短会遇距离的预期时间长短进行排序，t:越小则危险度越高；对组B内所有目标计算其危险度因子K:
4.根据权利要求2所述的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于， 所述立即跟踪控制整个灯座的水平和垂直转动如下: . 6.1)水平方向 立即跟踪需要转动的水平方向角度为
5.根据权利要求4所述的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于， 所述预测跟踪控制整个灯座的水平和垂直转动如下: . 6.3)水平方向 预测跟踪他船相对本船的水平方向的方向角变化率为
【文档编号】G05D3/12GK103955233SQ201410192084
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】毛喆, 张 诚, 桑凌志 申请人:武汉理工大学