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近岸海域无人船用航海雷达目标检测系统设计与实现
| 论文题名： | 近岸海域无人船用航海雷达目标检测系统设计与实现 |
| 关键词： | 无人船用航海雷达;目标检测;最近会遇点;图像轮廓 |
| 摘要： | 无人船是一种新兴的海面运动载体，海面障碍目标的准确检测是实现无人船自主避障的前提。相比于视觉相机、激光雷达等检测手段，航海雷达检测范围广、可全天候工作，但现有方法对海面障碍目标的检测结果准确性差，无法保障无人船自主避障顺利进行。本文针对近岸海域无人船对海面障碍目标准确检测的需求，设计一套无人船用航海雷达目标检测系统，实现对近岸海域多种海面障碍目标的准确检测。具体研究内容如下： 首先，分析了航海雷达目标检测系统设计需求，完成检测系统总体设计、硬件选型与搭建，设计开发用于检测系统与船载测控计算机数据通信的通信接口模块，实现在测控计算机上实时获得系统检测结果，包括海面障碍目标位置与运动等参数、无人船经纬度与航向、雷达图像。通过开展实验测试，验证了通信接口模块的有效性，并对系统检测结果的准确性进行分析。 其次，为了使船载测控计算机能够优先处理对无人船航行安全威胁程度高的目标的检测结果，提出一种基于威胁等级排序的目标检测方法，根据与无人船的距离、最近会遇距离与最近会遇时间，综合评估雷达检测结果中每个海面障碍目标对无人船航行安全的威胁程度，并按照由高到低的顺序重新排序。为了提高航海雷达对高速船舶目标检测结果的即时性，提出一种基于线性外推法位置预估的高速目标检测方法，对高速船舶目标在雷达扫描周期内多个等间隔时刻下的所处位置进行预估，并以此对雷达检测结果进行补充。为了判断航海雷达是否将一个大型目标误判为多个分散目标，并对目标位置准确描述，提出一种基于图像轮廓特征的大型目标检测方法，利用雷达图像中目标轮廓及其包含的距离、方位特征，根据不同目标是否对应图像中同一轮廓判断是否发生误判，并以目标反射截面相对无人船的最近距离、反射截面两端相对无人船的方位对目标位置进行描述。 最后，为了验证检测系统的有效性与准确性，设计开发具有人机交互、信息存储、历史数据查询等功能的应用软件，并详细介绍了软件的信息流模型与功能结构。胶州湾近岸海域实船实验结果表明，本文设计开发的无人船用航海雷达目标检测系统能够有效对海面障碍目标进行检测，所提出的检测方法使得系统检测结果更加准确。 |
| 作者： | 李勃然 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 戴永寿;李立刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国石油大学(华东) |
| 学位年度： | 2021 |
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