本實(shí)用新型設(shè)置船用導(dǎo)航雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無人船用FMCW雷達(dá)。

背景技術(shù)：

無人船就是不用人員現(xiàn)場駕駛或完全自主駕駛的船，依靠搭載的控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于環(huán)保檢測、水下測繪、搜索救援、安防巡邏乃至軍事應(yīng)用領(lǐng)域。

無人船在水上的安全航行，主要依靠感知船體本身狀態(tài)，通過傳感器感知或通信系統(tǒng)回傳船體的周邊動、靜態(tài)環(huán)境，自主或通過人員遠(yuǎn)程操控，來實(shí)現(xiàn)船舶的安全航行。

雷達(dá)是利用微波技術(shù)對水面環(huán)境進(jìn)行感知的傳感設(shè)備，能夠?qū)Νh(huán)境目標(biāo)進(jìn)行探測、定位和測速，集合本船運(yùn)動參數(shù)，對可能發(fā)生的碰撞及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并采取最優(yōu)的避碰措施，是及其重要的核心設(shè)備。相比于攝像機(jī)等光學(xué)成像系統(tǒng)，微波成像有如下優(yōu)點(diǎn)：

a)探測距離更遠(yuǎn)

b)全天候，不受能見度影響，穿透性能強(qiáng)

c)全方位，360度無死角

d)高分辨率，能區(qū)分小目標(biāo)

由于無人船是近幾年新興的一個(gè)行業(yè)，目前的船用雷達(dá)都不是針對無人船應(yīng)用的，并不能很好地符合其應(yīng)用。無人船雷達(dá)相比于傳統(tǒng)雷達(dá)有以下特殊需求：

1.低功耗，以保證更長的續(xù)航能力，適合采用FMCW固態(tài)雷達(dá)技術(shù)；

2.探測遠(yuǎn)，需要探測直到32海里距離內(nèi)的目標(biāo)，以保證充分的反應(yīng)時(shí)間和安全決策措施。

3.智能化，應(yīng)該能自動避障，自動標(biāo)繪，識別動態(tài)的和靜態(tài)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，輸出給航線規(guī)劃中控調(diào)整航線。

4.綜合性，需要豐富的輸入輸出接口，能集成綜合眾多的傳感器與控制系統(tǒng)，根據(jù)感知判決來自主、智能地規(guī)劃安全而高效的航線。

5.自主性，除了人工干預(yù)與輔助，可完全自主運(yùn)行，需要高度的可靠性，需要完備的數(shù)據(jù)與狀態(tài)回傳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題而提供一種無人船用FMCW雷達(dá)，以滿足無人船駕駛要求。

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種無人船用FMCW雷達(dá)，包括發(fā)射天線、接收天線、發(fā)射通道、接收通道、耦合器、信號發(fā)生器、信號解調(diào)單元、雷達(dá)信號處理單元、輸入輸出接口單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、環(huán)境檢測單元、目標(biāo)檢測單元、環(huán)境抽象與自動標(biāo)會單元、目標(biāo)跟蹤與自動標(biāo)繪單元、控制接口單元、組合濾波處理單元、方位求解單元、2個(gè)載波相位GNSS接收機(jī)、GNSS天線、陀螺儀；所述發(fā)射天線與所述發(fā)射通道的輸出端連接，所述發(fā)射通道的輸入端與所述信號發(fā)生器的輸出端連接，所述信號發(fā)生器的輸入端與所述雷達(dá)信號處理單元的雷達(dá)信號輸出端連接，所述接收天線與所述接收通道的輸入端連接，所述接收通道的輸出端與所述信號解調(diào)單元的輸入端連接，所述耦合器將所述發(fā)射通道和接收通道耦合起來；所述信號解調(diào)單元的輸出端與所述雷達(dá)信號處理單元的雷達(dá)信號輸入端連接；所述雷達(dá)信號處理單元的處理信號輸出端與所述環(huán)境檢測單元的輸入端連接，所述環(huán)境檢測單元的第一輸出端與所述環(huán)境抽象與自動標(biāo)會單元的輸入端連接，所述環(huán)境抽象與自動標(biāo)會單元的輸出端與所述控制接口單元的第一輸入端連接，所述環(huán)境檢測單元的第二輸出端與所述目標(biāo)檢測單元的輸入端連接，所述目標(biāo)檢測單元的輸出端與所述目標(biāo)跟蹤與自動標(biāo)繪單元的輸入端連接，所述目標(biāo)跟蹤與自動標(biāo)繪單元的輸出端與所述控制接口單元的第二輸入端連接，所述控制接口單元的輸出端連接航線規(guī)劃中控單元連接；外部位置信號、方位信號、速度信號通過所述輸入輸出接口單元接入所述雷達(dá)信號處理單元的輸入輸出通訊口；所述雷達(dá)信號處理單元的通過所述數(shù)據(jù)采集與控制單元與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)連接；所述GNSS天線通過2個(gè)載波相位GNSS接收機(jī)與所述方位求解單元的輸入端連接，所述方位求解單元的輸出端與所述組合濾波處理單元的第一輸入端連接，所述陀螺儀與所述組合濾波處理單元的第二輸入端連接，所述組合濾波處理單元的輸出端輸出的內(nèi)部位置信號、方位信號和速度信號通過所述輸入輸出接口單元接入所述雷達(dá)信號處理單元的輸入輸出通訊口。

本實(shí)用新型的無人船用FMCW雷達(dá)基本原理如下：

雷達(dá)信號處理單元通過信號發(fā)生器產(chǎn)生需要的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)中頻信號，由發(fā)射通道變頻放大，變換到微波發(fā)射頻段(X波段9.4GHz)，由發(fā)射天線向外輻射微波信號，照射目標(biāo)；接收天線接收目標(biāo)反射回的回波信號，在接收通道進(jìn)行放大，同時(shí)和發(fā)射通道通過耦合器耦合的發(fā)射信號，由信號解調(diào)單元進(jìn)行變換至基帶信號，送至雷達(dá)信號處理單元進(jìn)行回波處理，包括降噪、抑制干擾、成像、提取多普勒參數(shù)等等；輸入輸出接口和外部或內(nèi)置運(yùn)動參數(shù)設(shè)備進(jìn)行通信，獲得本船比如位置、方位、速度等運(yùn)動參數(shù)，為雷達(dá)顯示方式或避碰處理提供必要的參數(shù)；數(shù)據(jù)采集與控制單元，通過以太網(wǎng)和外部系統(tǒng)連接，可以控制無人船雷達(dá)改變比如量程、目標(biāo)捕獲區(qū)域等參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)可以輸出雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)，允許遠(yuǎn)程中心回顯雷達(dá)圖像；雷達(dá)信號處理單元的成像數(shù)據(jù)送達(dá)環(huán)境檢測單元，發(fā)現(xiàn)比如島嶼、浮冰等大型障礙物，并對其進(jìn)行相對定位，根據(jù)本船的運(yùn)動參數(shù)來估計(jì)碰撞的可能性，由環(huán)境抽象與標(biāo)繪單元來進(jìn)行決策，將碰撞警報(bào)通過控制接口，告知航線規(guī)劃中央控制系統(tǒng)，及時(shí)采取合理的避碰措施；雷達(dá)數(shù)據(jù)再送至目標(biāo)檢測單元，捕獲船舶、浮標(biāo)等機(jī)動的或細(xì)小的目標(biāo)，由目標(biāo)跟蹤與標(biāo)繪單元對捕獲的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，計(jì)算出目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)，如位置，速度等，從而針對可能得碰撞危險(xiǎn)，做出決策，同樣由控制接口來送達(dá)航線規(guī)劃中控；目標(biāo)捕獲的區(qū)域可以通過數(shù)據(jù)采集與控制單元在線或預(yù)先設(shè)定，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性；避碰決策或算法需要知道本船的運(yùn)動參數(shù)，如位置、方位和速度，因此，本無人船雷達(dá)可以選擇內(nèi)置兩個(gè)GNSS全球定位接收機(jī)，如GPS或北斗系統(tǒng)，其工作過程如下：天線接收定位衛(wèi)星信號，進(jìn)入2個(gè)或3個(gè)(三位姿態(tài))帶載波相位輸出的GNSS接收機(jī)，首先可以獲得本船的位置和速度信息；再通過方位求解單元，通過載波相位整周模糊度求解，來算得本船的二維或三位姿態(tài)，其中就包含了特備重要的本船方位信息；考慮到GNSS信號可能失鎖，為了提高系統(tǒng)可靠性，設(shè)置MEMs微機(jī)械陀螺，在組合濾波處理單元進(jìn)行組合導(dǎo)航，向主雷達(dá)系統(tǒng)提供位置、方位和速度信息；當(dāng)然，這些信息也可以選用外部的專用設(shè)備來獲取，但無疑本方案中內(nèi)置衛(wèi)星定位的方式，可以大大提供系統(tǒng)的集成度，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和功耗、體積等因素，這些對無人船都至關(guān)重要。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的無人船用FMCW雷達(dá)的原理框圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，圖中給出的一種無人船用FMCW雷達(dá)，包括發(fā)射天線110、接收天線120、發(fā)射通道130、接收通道140、耦合器150、信號發(fā)生器160、信號解調(diào)單元170、雷達(dá)信號處理單元180、輸入輸出接口單元190、數(shù)據(jù)采集與控制單元200、環(huán)境檢測單元210、目標(biāo)檢測單元220、環(huán)境抽象與自動標(biāo)會單元230、目標(biāo)跟蹤與自動標(biāo)繪單元240、控制接口單元250、組合濾波處理單元260、方位求解單元270、2個(gè)載波相位GNSS接收機(jī)280、GNSS天線290、陀螺儀300。

發(fā)射天線110與發(fā)射通道130的輸出端連接，發(fā)射通道130的輸入端與信號發(fā)生器160的輸出端連接，信號發(fā)生器160的輸入端與雷達(dá)信號處理單元180的雷達(dá)信號輸出端連接。

接收天線120與接收通道140的輸入端連接，接收通道140的輸出端與信號解調(diào)單元170的輸入端連接，耦合器150將發(fā)射通道130和接收通道140耦合起來；信號解調(diào)單元170的輸出端與雷達(dá)信號處理單元180的雷達(dá)信號輸入端連接。

雷達(dá)信號處理單元180的處理信號輸出端與環(huán)境檢測單元210的輸入端連接，環(huán)境檢測單元210的第一輸出端與環(huán)境抽象與自動標(biāo)會單元230的輸入端連接，環(huán)境抽象與自動標(biāo)會單元230的輸出端與控制接口單元250的第一輸入端連接。

環(huán)境檢測單元210的第二輸出端與目標(biāo)檢測單元220的輸入端連接，目標(biāo)檢測單元220的輸出端與目標(biāo)跟蹤與自動標(biāo)繪單元240的輸入端連接，目標(biāo)跟蹤與自動標(biāo)繪單元240的輸出端與控制接口單元250的第二輸入端連接，控制接口單元250的輸出端連接航線規(guī)劃中控單元連接。

外部位置信號、方位信號、速度信號通過輸入輸出接口單元190接入雷達(dá)信號處理單元180的輸入輸出通訊口；雷達(dá)信號處理單元180的通過數(shù)據(jù)采集與控制單元200與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)連接。

GNSS天線290通過2個(gè)載波相位GNSS接收機(jī)280與方位求解單元270的輸入端連接，方位求解單元270的輸出端與組合濾波處理單元260的第一輸入端連接，MEMs陀螺儀300與組合濾波處理單元260的第二輸入端連接，組合濾波處理單元260的輸出端輸出的內(nèi)部位置信號、方位信號和速度信號通過輸入輸出接口單元190接入雷達(dá)信號處理單元180的輸入輸出通訊口。