海上移动信道分析及抗多径接收机设计与仿真

海上舰船之间的通信通常工作在复杂的信道环境下,通信距离可远可近,不仅存在强的敌方恶意干扰,由于受地球弧度和海浪、船只等的遮挡,还存在深衰落和多径效应,因此设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响.针对海上移动信道的路径衰减特性,提出利用Longley-Rice模型建立海上移动信道模型,并对信道衰减模型进行了数值仿真;分析了多径对扩频系统伪码捕获的影响,提出利用Rake接收技术改善接收机的抗多径性能,并设计了一个Rake接收机结构,最后进行了仿真分析.仿真结果表明所设计的Rake接收机具有良好的抗多径能力,能够满足海上通信的需要.     

基于水声技术的非法作业船只远程监听系统设计

针对我国海上维权不能及时发现非法海洋调查船、海洋资源勘探船作业的问题,设计了基于水声技术的非法作业船只远程监听系统.系统基于低频带宽接收水听器基阵,具有对脉冲信号的远程侦测、识别功能.可扩展处理平台ZYNQ控制多路信号同步采样,对采集的数据进行最小方差无畸变响应(MVDR)测向、矢量测向.嵌入式处理器将监测结果通过水声通信模块传送到数据中心,从而获取非法侵权船只的实时作业活动.     

小型货船“新海信888”AIS信号无法识别的原因分析

AIS(Automatic Identification System)系统是一种融合现代技术的新型航海助航设备,其对于船舶安全航行、海上交通安全管理、航海安全保障等具有重要作用。目前船载AIS系统分为A级与B级两大类型。A级AIS,发射功率大、天线高度高、信号强度稳定,普遍装载于大型船舶上;B级AIS是为中小型船舶研发的AIS产品,装载于部分60米及以下小型船舶,与A级AIS比较,B级AIS发射功率较小、天线高度低、信号强度弱且容易丢失。由于AIS系统级别不同导致信号强度有较大差异。本文主要结合实际监视工作中,AIS的基站对不同级别的船载AIS系统接收效果,分析部分船只AIS系统无法识别的问题并提出预防措施。     

基于中心移动的轨迹离群点检测

AIS数据是指通过AIS系统获取的船舶运动轨迹信息, 对其进行挖掘可以获得船舶的运动模式、航行路线、停靠地点等信息. 但其在采集过程中产生的离群点会对聚类等任务造成负面影响, 因此对AIS数据挖掘之前需要进行离群点检测. 然而, 当AIS轨迹数据中存在大量离群点时, 会导致大多数离群点检测算法的准确率显著下降. 为了解决这个问题, 本文提出了一种基于中心移动的轨迹离群点检测算法(center shift outlier detection, CSOD). 通过迫使数据点向其K近邻集合的中心移动, 使每个数据点更加接近典型数据, 从而有效地消除了离群点对聚类的影响. 为了验证本文算法的有效性, 使用浙江海域AIS渔船轨迹数据集, 将本文提出的CSOD算法与一些经典的离群点检测算法进行了对比实验. 实验结果表明, CSOD算法整体上性能更加优越.     

GPS航迹采集系统在海上执法的应用

本文在国内外GPS轨迹数据采集的研究和GPS航迹采集基础上,重点设计了适用于海上执法执勤的GPS航迹采集系统,该系统采用VK1612U7M3作为GPS信号接收模块,将数据通过输入串口实时地发送至所设计的界面系统,并在界面上显示轨迹信息;最后,通过功能调试验证了该系统的有效性。     

带通采样星载AIS非相干接收机的FPGA实现

针对星载船舶自动识别系统(AIS)接收机接收信号带宽窄、多普勒频偏大,以及系统复杂度要求低的特点,在FPGA上设计了一种带通采样的AIS非相干接收机,采用两级数字下变频结构来降低FPGA处理压力,并减少逻辑资源消耗;采用数字鉴频和低通滤波的方法实现AIS信号的非相干解调。在AD9246+Xilinx xc4vlx80 FPGA的核心板上进行了AIS信号的解调测试,验证设计的正确性。该设计方案占用资源少,有利于AIS设备的小型化,并降低了硬件成本。     

一种用于地面散射特性分析的同步测试系统

基于G语言开发环境,以激光测距传感器、功率计探头作为外部采集设备研制了一套用于地面散射特性分析的同步测试系统;该系统在实时同步采集辐射场功率信息与接收天线高度信息的基础上,给出地面散射影响程度,具有同步精度高、自动化快速测量等优点;为验证所研制的测试系统的可靠性,开展小尺度地面散射测试实验;实验表明,该系统获取的实验数据与理论计算数据基本一致。     

基于改进FP-growth的海上群目标挖掘

海上目标状态呈现复杂多变的形势,须快速挖掘海上船舶的群组信息,以掌握海上目标态势。本文使用改进的FPgrowth算法对海上船舶进行数据挖掘,使用基于时空分割的方法划分目标区域,挖掘频繁项集。首先清洗原始数据得到有效数据;其次使用线性插值方法处理船舶的轨迹方便后续计算;然后使用FP-growth算法,构建生成FP-tree;最后得到频繁项集,挖掘海上船舶群组信息。针对基于项集划分关联分析查找效率低的问题,本文使用基于Hash表拆分数据库和结点交换的方法挖掘频繁项集,在内存占用和时间消耗两方面比较算法的效率。使用AIS数据集进行验证,在给定的置信度和支持度下挖掘目标群组信息,验证改进算法的高效率。     

盲源分离技术在AIS中的应用

AIS自动识别系统是国际船舶组织统一使用的一种海上船舶运输系统。船上的AIS设备定时地报告该船的位置、航向以及其他相关的安全信息等,其他船只和岸上的基站同时可以收到这些汇报信息。它通过船舶之间以及船舶和岸台之间交换航行信息,进一步加强航行安全。AIS采用SOTDMA技术来调配发送信息的时隙,但是信息冲突是不可避免的。引入盲源分离技术,一旦信息发生冲突,可以将信息分离出来,防止了信息的丢失,从而提高了信号的监测概率。     

基于AIS和北斗的数据采集方案研究

为了克服船舶自动识别系统(AIS)在船舶动态监控中不能全面监控的缺陷,该文将北斗和AIS结合,使AIS系统接收周围船舶的AIS信息并添加优先权位后存入相应数据库中,再采用数据选择,过滤,压缩等技术处理数据,并通过北斗将处理后的数据发送到岸上基站,不仅通过北斗转发了本船AIS信息,还转发了周围船舶AIS信息,能有效的监控进入AIS系统盲区且没装北斗的船舶,增大了船舶动态监控的范围。     

基于单景高分四号卫星多光谱影像的舰船运动特征检测

高分辨率地球同步轨道（GEO）遥感卫星技术能够在短时间内对大范围海域进行高频重复监测，有望近实时地获取海上舰船运动特征。以广东省珠江伶仃洋的南部海域为研究区，基于单景高分四号卫星多光谱影像，使用梯度阈值方法对海上运动舰船进行检测，结果表明：①利用单波段高分四号多光谱影像能够检测出船位与航向，船位平均误差为80.46 m（相当于1.61个图像分辨单元），航向检出率为74.36%，航向绝对误差为8.65°。②利用单景高分四号影像能够检测出航向与船速，航向精度为98.96%，平均绝对误差为8.78°，船速精度为83.0%，平均绝对误差为1.41 m/s。研究表明高分四号卫星能够用于海上舰船近实时遥感监测，在海上舰船运动特征检测方面具有独特优势和巨大的应用潜力。     

基于单景高分四号卫星多光谱影像的舰船运动特征检测

高分辨率地球同步轨道（GEO）遥感卫星技术能够在短时间内对大范围海域进行高频重复监测，有望近实时地获取海上舰船运动特征。以广东省珠江伶仃洋的南部海域为研究区，基于单景高分四号卫星多光谱影像，使用梯度阈值方法对海上运动舰船进行检测，结果表明：①利用单波段高分四号多光谱影像能够检测出船位与航向，船位平均误差为80.46 m（相当于1.61个图像分辨单元），航向检出率为74.36%，航向绝对误差为8.65°。②利用单景高分四号影像能够检测出航向与船速，航向精度为98.96%，平均绝对误差为8.78°，船速精度为83.0%，平均绝对误差为1.41 m/s。研究表明高分四号卫星能够用于海上舰船近实时遥感监测，在海上舰船运动特征检测方面具有独特优势和巨大的应用潜力。     

海底电缆智能防锚损监视系统设计

根据系统的需求分析,设计了一种用于海底电缆智能防锚损监视系统;首先给出设计方案并叙述系统工作原理;然后通过DM73021通信套件实现射频信号的接收、解调及解码,得到NMEA-0183HS格式的ASCⅡ信息数据;最后采用LabVIEW完成ASCⅡ信息数据的采集、解码、监视及显示;实际测试表明,该系统响应时间＜1s,对有抛锚趋势的船舶能及时向海缆管理部门提出预警,满足系统功能要求.     

动态船舶行驶场景下的实时单目测距算法研究

为了利用单目视觉实时监测船舶行驶过程中与周围船舶之间的距离,首先分析单目视觉测距现状及其成功应用实例,基于小孔成像原理建立单目相机模型,通过几何推导,得到世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系及像素坐标系之间三层坐标转换关系.随后通过实验验证pitch俯仰角与yaw水平角对单目视觉测距的影响程度,从而分析出动态船舶行驶场景...     

多视觉信息融合的内河航道智能监控系统

探讨了利用动态图像理解技术对内河船舶的交通状况进行监控,采用多视觉传感器数据融合技术对跟踪的船舶对象进行特写抓拍;通过对交通流信息的实时采集、处理、跟踪与分析,得到内河航道中交通状态信息,如船舶流量、船舶速度、通航密度等重要基础信息。通过对抓拍到的船舶对象图像进行船名牌识别和吃水深度的估算,得到被跟踪船舶对象的基本属性数据和载重量等重要内河管理基础信息,为航运管理部门进行水域交通管理和交通规划提供决策依据。此外,通过自定义感兴趣监控区域以及监控对象来减少图像处理时间,提高系统实时处理能力及鲁棒性。实验结果表明,系统可以实现对船舶稳定跟踪,并对船舶进行特写抓拍和识别,识别准确率高,最终实现吨位估算。     

舰基遥测综合解调控制系统设计

遥测实时监控是保障试飞安全、提高试飞效率的重要手段。针对舰上特殊的试飞环境限制,现有遥测系统不能适应其任务需求,为完成某型号飞机舰上试飞任务,需要对现有遥测接收系统进行改进,以应对特殊试飞科目下对遥测信号的需求。采用跟踪接收机模块,并开发相应的解调模块,对系统设备进行远程控制解决了远距离数据传输的信号衰减问题;对遥测系统的自动温度控制大大提高了系统设备的环境适应性;通过接口转换实现模拟图像的网络输出、接收机模块和天线的网络串口转换,简化了信号接口类型,降低了信号传输的难度;从而实现小型化的舰基遥测综合解调控制系统设计。     

青海油田天然气长输管线视频监视与数据采集

为实现对青海油田天然气长输管线的运行实时视频监视及数据采集,实时掌握天然气长输管线的运行情况,利用计算机技术、无线网络通信技术、数据库技术、信息管理等技术建设一套集长输视频图像、数据采集与一体的天然气长输管线监控系统,实现对天然气开发公司所辖天然气长输管线各阀室、分输站的视频监视数据、压力、温度、报警的数据的远程监控,保障天然气长输管线的安全运行。     

基于Arduino的AIS数据分布式采集研究

为了解决船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)数据的分布式采集,使全球AIS消息报文接收、解码、封装、转发操作的安装成本更低、稳定性更好、安全性更高、维护工作量更小；通过采用以Arduino嵌入式平台为核心结合外围电子器件开发的网络解码器组成分布式采集网络,并采用C语言将合理的数据结构和算法直接在MCU上编程实现,来取代以x86架构和操作系统为基础的网络解码器;通过实验可以证明,采用Arduino技术的AIS网络解码器的解码效率能够满足AIS基站发送数据的速率要求,解码内容正确,能按照约定的网络传输格式转发消息内容,可应用于全球AIS数据的分布式采集中;该成果具有功耗更低、运行更稳定、成本更低廉等优点,对需要大量使用网络解码器来构建的AIS数据分布式采集网络具有重大现实意义。     

天基信息支持导弹对海打击应用优化仿真分析

目前，海上远程精确打击主要依靠舰载预警机、无人机和微波超视距雷达等舰上自有手段为反舰导弹提供目标指示信息，存在探测距离有限、留空时间短、信息要素不完整等问题，在远海作战中不能为导弹提供持续、远距离目标指示信息，制约了导弹武器的作战效能。近年来，随着卫星遥感技术的快速发展，天基信息凭借其“站得高、看得远”的特点在支持导弹对海精确打击应用方面的能力逐步提升。通过分析构建影响天基信息支持导弹对海精确打击的关键影响因素模型，开展目标定位精度、时延等影响因素对导弹捕获概率仿真分析，仿真结果表明提高目标定位精度、缩短目标指示信息时延可有效提升天基信息支持导弹武器捕获目标概率，据此提出了天基信息支撑导弹对海远程精确打击在工程设计和应用方面的优化思路和建议，为天基信息支持导弹对海远程精确打击研究提供借鉴。