CN204142956U - 基于mds技术的近海区域监视系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及近海领域定位监视技术，公开了一种基于MDS技术的近海区域监视系统，包括询问基站、参考应答机、远端基站、数据链设备以及中心处理站。其中，目标平台一方面周期性广播ADS-B信号和AIS信号，还在接收到询问基站发射的A/C/S模式询问信号或AIS激励信号后，产生相应的应答信号并全向发射出去，远端基站接收到这些广播信号和应答信号，精确测量这些平台目标的无线电信号到达时间(TOA)，然后经数据链设备将获取到的TOA信息传送给中心处理站，然后在中心处理站确定目标的精确位置。本实用新型可作为近海辅助的定位、监视与管理控制手段，进一步提高近海区域的监视能力和利用效率，满足未来近海区域监视的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及近海领域定位监视技术，具体涉及一种基于MDS技术的近海区域监视系统。
背景技术
随着我国海洋战略的实施，近海捕捞、近海勘探、近海搜救、近海航行、近海防务等近海活动日益增加，对近海作业舰船的定位、监视与管理控制也提出了更高的要求，要求具备较高的定位精度、能够覆盖所有的舰船、具备一定的抗干扰能力、具备较高的实时性、可靠性与稳定性等。
目前，现有的技术手段虽然能够在一定程度上解决定位与监视的问题，但多是基于卫星导航系统进行工作，不过即便是目前最完备、最可靠的高精度、全天候、全球覆盖的GPS系统，在定位与导航过程中，也存在一定的局限性与风险。例如1996年，一个错误的时间记录偶然进入了GPS控制中心的其中一颗卫星文件，只错误播发了6秒的卫星信号广播星历，结果导致美国东部海岸1/8手机网络(超过100个手机网络系统)信号传输失败，很明显，这是过于依赖GPS控制的结果。如果这种情况发生在近海作业过程的关键时刻，其后果不堪设想，因此我们在为近海作业提供定位与监视技术手段的时候，不能过于依赖基于卫星导航系统的解决方案，还需要有其他工作体制的、相对独立的辅助技术手段来保证作业人员、设备和财产的安全。
近海定位是近海作业中最基本的工作，近海定位根据作业任务的不同可以有多种不多的定位方法，如光学交汇定位、无线电测距定位、GPS卫星定位、水声定位以及组合定位等。
上述技术与方法虽然能够在某种程度上解决定位与监视的问题，但在工程实现方面仍然存在定位精度不高以及应用受局限等问题，且更多的是依赖GPS系统，而GPS系统在定位与导航过程中，存在一定的局限性，包括太阳活动影响、SA影响、干扰与欺骗、易受破坏等因素都会造成GPS系统信息不准确。
实用新型内容
基于现有技术中存在的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是如何提高近海区域监视的性能及可靠性。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于MDS技术的近海区域监视系统，包括询问基站、参考应答机、远端基站、数据链设备以及中心处理站，其中，
所述询问基站，与近海作业区域内的目标平台相耦接，向所述目标平台发射重复频率的A/C/S模式询问信号和/或AIS激励信号，激励所述目标平台产生相应的应答信号；
所述参考应答机，与所述远端基站和中心处理站相耦接，周期性向远端基站广播ADS-B信号和/或AIS信号，并发送同步时钟信号给所述中心处理站；
所述远端基站，分别与所述目标平台、参考应答机以及数据链设备相耦接，接收目标平台发出的应答信号以及参考应答机发出的广播信号，并对其添加时间戳，再通过所述数据链设备发送给所述中心处理站；
所述中心处理站，与所述参考应答机和数据链设备相耦接，接收从所述数据链设备传送过来的已添加时间戳的应答信号和广播信号，确定目标的精确位置并根据所述参考应答机发送的同步时间信号进行时间校准。
优选地，所述远端基站设有至少三个。
优选地，所述远端基站包括收发单元和接收单元，两种单元均接收并解码A/C/S模式的应答信号以及ADS-B信号和/或AIS信号，并对其添加时间戳。
优选地，所述参考应答机安装于所述目标平台上。
优选地，所述参考应答机安装在全天候机箱中。
优选地，所述数据链设备形成为所述远端基站和所述中心处理站之间的传输通道。
优选地，所述询问基站、参考应答机、远端基站、数据链设备以及中心处理站均具有冗余备份。
与现有技术相比，本实用新型所提供的基于MDS技术的近海区域监视系统，达到了如下技术效果：
1)本实用新型基于多点定位技术(MDS)进行设计与实现，能够在近海作业的全过程中实时监测舰船、直升机、私人飞机、游艇等目标的位置信息，具有精度高、容量大、抗干扰、覆盖全面等特点，且具有很高的实时性、可靠性与稳定性；
2)本实用新型无需过多的增加硬件设备，仅花费较小的代价便可提升相关人员、设备和财产的安全保障；该系统作为近海区域的辅助监视手段，能够有效提高近海区域的监视能力和利用效率，满足未来近海区域定位与监视的需求，具有重要的社会、经济和国防意义。
附图说明
图1是本实用新型所述的基于MDS技术的近海区域监视系统的示意图。
图2为本实用新型所述的基于MDS技术的近海区域监视系统的原理图。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定部件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
本实用新型旨在解决现有近海区域定位与监视手段过于依赖GPS，需要有其他工作体制的、相对独立的辅助技术手段来保证作业人员、设备和财产安全的问题，提出一种基于MDS技术的近海区域监视系统。该系统可独立于GPS系统进行工作，能够在近海作业的全过程中实时监测舰船、直升机、私人飞机、游艇等目标，具备精度高、抗干扰、覆盖全面的特点，且具有很高的实时性、可靠性与稳定性。可作为近海辅助的定位、监视与管理控制手段，进一步提高近海区域的监视能力和利用效率，满足未来近海区域监视的需求。
如图1所示，本实用新型所公开的一种基于MDS技术的近海区域监视系统，主要应用于近海及港口区域。MDS是一种基于应答机的多点监视系统，其使用多个接收机捕获应答机脉冲并计算位置和标识，MDS系统的特点在于询问能力和先进的目标处理单元，具有较好的冗余性，同时配置灵活，易于扩展，耐用性高，可以适用于任何机场、车载或舰船环境。在图1中，该近海区域监视系统包括：询问基站101、参考应答机102、远端基站103、数据链设备104以及中心处理站105，其中，
所述询问基站101，与近海作业区域内的目标平台相耦接，用于发射重复频率的A/C/S模式询问信号和/或AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别)激励信号，激励所述目标平台进行应答。其中，A/C模式应答机(mode A/C transponder)是二次监视雷达的机载配套设备，它能应答询问机发出的询问信号，A模式询问时，应答信号为飞机识别代码；C模式询问时，应答信号为高度编码信息；S模式应答是一种针对选定地址编码的飞机专门呼叫的询问，它可以有选择地对飞机进行询问，且可进行地空双向数据信息传递，与传统的二次雷达相比，即便在飞机稠密地区它也有着更高的准确性，此外，它还具有更大的识别编码容量，可以增大空中交通管制容量。船舶自动识别系统(AIS)将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。
其中，所述目标平台包括在近海作业的所有舰船、直升机、私人飞机、游艇等平台，我们在目标平台上配装有AIS设备和/或A/C/S三种模式的应答机设备，该询问基站101发射一定重复频率的A/C/S模式询问信号以及AIS激励信号，激励测量范围内的相关设备进行应答，以保证远端基站103能接收到的应答信号的密度，该子系统还能提供在系统范围内进行内部测试功能的激励。
所述参考应答机102，安装于目标平台上，与所述远端基站103和中心处理站105相耦接，用于周期性向远端基站103广播ADS-B(AutomaticDependent Surveillance-Broadcast，广播式自动相关监视)信号和/或AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别)信号，以及产生内部时钟，发送同步时间信号给所述中心处理站105。
在工作时，所述参考应答机102连续不断的向其信号覆盖范围内的远端基站103发送ADS-B和AIS信号，通过这种方式表明自己的身份和位置，并提供高准确的系统同步时钟信号。中心处理站105根据参考应答机102的发送的时钟信号校准本单元时间，系统就是以这种校准为基础来对海面和空中目标进行多点定位。
其中，参考应答机102安装在全天候机箱中，冗余的收发机配置用来确保关键子系统的超高可靠性。
所述远端基站103，分别与所述目标平台、参考应答机102以及数据链设备104相耦接，用于接收目标平台发出的应答信号(A/C/S模式)以及参考应答机102发出的广播信号(ADS-B与AIS信号)，并对其添加时间戳后通过所述数据链设备104发送给所述中心处理站105。
具体来说，所述远端基站103使用两种远端单元，即收发单元和接收单元。两种单元接收并解码A/C/S模式的应答信号以及ADS-B与AIS信息，并对其加时间戳。时间戳(timestamp)，通常是一个字符序列，唯一地标识某一刻的时间。这些被处理过的数据通过数据链设备104回到中心处理站105。中心处理站105在必要时也可以向收发机请求信息，包括A/C/S模式的编码信息以及AIS的触发激励信号，使用中心处理站105预定询问命令完成。
所述远端基站103可安装在岸上的若干个(不少于3个)固定位置，这样基本可以覆盖全方位的信号接收，安装好后，需要标定好这些固定位置的精确位置信息，远端基站103具备在恶劣环境下工作的能力、可全天候使用。每种单元的数量和安装由所选取的固定位置结构、所需性能和所需可靠度来灵活决定。
所述数据链设备104将作为远端基站103和中心处理站105之间的传输通道。数据链，是在数字通信技术发展基础上，利用各种先进的调制解调技术、纠错编码技术、组网通信技术及信息融合技术，形成的一类适应指挥控制系统计算机之间数据通信需求的新型装备。与一般的通信系统不同，数据链系统传输的主要信息是实时的格式化作战数据，包括各种目标参数及各种指挥引导数据。因此，数据链传输具有：信息传输的实时性、信息传输的可靠性、信息传输的安全性、信息格式的一致性以及通信协议的有效性等优点。
根据基于MDS技术的近海区域监视系统的实际需要，可采用多种数据链进行数据传输，要求数据链具备定向通信传输能力，具体的传输速率、传输距离等参数可根据系统所需要监视区域的大小来灵活确定。
数据链设备104传输的内容包括由远端基站103发送给中心处理站105的自身位置信息、带时标和ID的目标TOA数据、远端基站103的状态信息等；以及中心处理站105发送给远端基站103的命令信息和配置数据等。
所述中心处理站105，与所述参考应答机102和数据链设备104相耦接，用于接收从所述数据链设备104传送过来的已添加时间戳的应答信号和广播信号，再采用TDOA算法进行处理，以确定目标的精确位置，以及根据参考应答机102发送的同步时间信号进行时间校准。
所述中心处理站105采取完全冗余方式，以确定数据可以恢复到过去的任意时间，实现数据的无间断保护，自动切换的中心处理站105通过数据链设备104从所有远端基站103采集目标TOA(TimeofArrival，到达时间)数据、状态数据等，然后采用TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)算法计算位置，跟踪目标，管理控制以及将尾号加入目标报告。中心处理站105给所有的报告标定一个绝对的时间参考，标定探测回复信号的时间。中心处理站105还监视所有系统组成的状态和健康情况，具有灵活的数据滤波和通信系统，易于同外界系统相连接。
为了保证系统的可靠性和服务的完好性，上述组成部分的远端基站103、数据链设备104、参考应答机102、中心处理站105均采取了冗余备份的设计方式，当一台服务器或某一链路出现故障，另一台服务器或备份链路立刻接替其工作，防止因网络或硬件故障造成数据的丢失。
图2是本实用新型所述的基于MDS技术的近海区域监视系统的工作原理图。
在近海作业的所有舰船、直升机、私人飞机、游艇等平台需配装AIS设备或A/C/S模式应答设备，在岸上选取若干个(大于3个)固定位置配装远端基站103，并标定好这些固定位置的精确位置信息，具体的位置和数量由所需监视区域的大小来灵活确定。
一方面舰船、直升机、私人飞机、游艇等平台周期性广播ADS-B信号和AIS信号，另一方面这些平台当接收到询问基站101发射的A/C/S模式询问信号或AIS激励信号后，经处理后产生相应的应答信号并全向发射出去，此时各固定位置上的远端基站103便可接收到这些广播信号和应答信号，并精确测量这些平台目标的无线电信号到达时间(TOA)，然后经数据链设备104将获取到的TOA信息传送给中心处理站105，然后在中心处理站105对上述信息采用TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)时差双曲线定位算法进行处理，便可确定目标的精确位置，同时实时融合一次雷达数据、二次雷达数据、ADS-B、AIS等数据实现对目标的精确监视。TDOA是一种无线定位技术，其不同于TOA，TDOA是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台的位置，降低了时间同步要求。采用三个不同的基站可以测到两个TDOA，移动站位于两个TDOA决定的双曲线的交点上。
与现有技术相比，本实用新型所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，可广泛应用于近海捕捞、近海勘探、近海搜救、近海航行、近海防务等近海活动，对相关舰船、直升机、私人飞机、游艇等目标进行实时定位、监视与管理控制。
本实用新型通过采用MDS技术进行目标位置确定，可以获得较高的位置精度(目标位置精度优于9米，经实时数据融合后，精度可进一步提升)。
本实用新型通过采用AIS设备以及S模式询问应答设备，可实现对近海区域内的舰船、直升机、私人飞机、游艇等目标进行数据交互，从而提高近海区域的监视能力和利用效率，满足未来近海区域定位、监视与管理控制的需求。
值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本实用新型还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本实用新型的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本实用新型所涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，包括询问基站、参考应答机、远端基站、数据链设备以及中心处理站，其中，
所述询问基站，与近海作业区域内的目标平台相耦接，向所述目标平台发射重复频率的A/C/S模式询问信号和/或AIS激励信号，激励所述目标平台产生相应的应答信号；
所述参考应答机，与所述远端基站和中心处理站相耦接，周期性向远端基站广播ADS-B信号和/或AIS信号，并发送同步时钟信号给所述中心处理站；
所述远端基站，分别与所述目标平台、参考应答机以及数据链设备相耦接，接收目标平台发出的应答信号以及参考应答机发出的广播信号，并对其添加时间戳，再通过所述数据链设备发送给所述中心处理站；
所述中心处理站，与所述参考应答机和数据链设备相耦接，接收从所述数据链设备传送过来的已添加时间戳的应答信号和广播信号，确定目标的精确位置并根据所述参考应答机发送的同步时间信号进行时间校准。
2.如权利要求1所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，所述远端基站设有至少三个。
3.如权利要求2所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，所述远端基站包括收发单元和接收单元，两种单元均接收并解码A/C/S模式的应答信号以及ADS-B信号和/或AIS信号，并对其添加时间戳。
4.如权利要求1所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，所述参考应答机安装于所述目标平台上。
5.如权利要求1所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，所述参考应答机安装在全天候机箱中。
6.如权利要求1所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，所述数据链设备形成为所述远端基站和所述中心处理站之间的传输通道。
7.如权利要求1-6中任一项所述的基于MDS技术的近海区域监视系统，其特征在于，所述询问基站、参考应答机、远端基站、数据链设备以及中心处理站均具有冗余备份。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20150204 |