本發(fā)明涉及衛(wèi)星、無人機(jī)、無人船、水下航行器、浮標(biāo)/浮臺(tái)、島礁（岸）基平臺(tái)以及ads-b、ais、雷達(dá)、圖像、激光、紅外、超聲等傳感器系統(tǒng)，特別涉及天/空/船艇/浮標(biāo)/島礁基海域多傳感器一體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于航空、航天、航海和信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常，島礁和海上構(gòu)筑物等維權(quán)執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)信息都通過岸基監(jiān)測(cè)站、巡回監(jiān)測(cè)船、衛(wèi)星遙感及光學(xué)影像等獲得，難以覆蓋并重點(diǎn)監(jiān)測(cè)獲取精確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；由于歷史和現(xiàn)實(shí)的原因，我國島礁被侵占的情形嚴(yán)重，領(lǐng)土主權(quán)受到周邊海上鄰國持續(xù)性的損害。其中尤其以近年來東海的釣魚島和南沙群島的島礁主權(quán)歸屬爭(zhēng)議和管轄海域的矛盾為焦點(diǎn)，頻繁引發(fā)漁業(yè)糾紛及海上沖突。此外，某些國家在爭(zhēng)議海域擅自搭建海上鉆井平臺(tái)進(jìn)行石油開采；在我國島礁上擅自建立名為海洋科學(xué)觀測(cè)平臺(tái)，實(shí)為海洋權(quán)益主張基點(diǎn)的人工建筑物；甚至派遣軍艦或調(diào)查船頻繁駛?cè)霠?zhēng)議海域進(jìn)行挑釁，使我國的海上安全權(quán)益受到極大的威脅。另一方面，海島違法使用、非法傾廢、非法采砂、非法圍填海、涉漁“三無”船舶作業(yè)、海上建筑物排放有機(jī)污染物等行為時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)的陸岸巡查和海上巡航耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，不能滿足日益繁重的島礁和海上構(gòu)筑物等維權(quán)執(zhí)法任務(wù)需求。
現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展產(chǎn)生廢氣污染，導(dǎo)致二氧化碳的大量排放，造成海洋酸化的情況十分嚴(yán)峻。人類的無節(jié)制開發(fā)使很多海洋問題已經(jīng)達(dá)到不可控制的地步，特別是隨著人們對(duì)海洋資源開采的加劇和各種陸地污染物的無節(jié)制排放，近海海洋環(huán)境已經(jīng)遭受到嚴(yán)重破壞。因此，快速獲取富營養(yǎng)化、有毒赤潮、水體缺氧、海洋酸化等環(huán)境參數(shù)并進(jìn)行有效監(jiān)控和預(yù)警，不僅能夠及時(shí)為近海海域治理提供基本數(shù)據(jù)，為利用海洋資源持續(xù)發(fā)展提供重要的技術(shù)保障，而且對(duì)保障海洋魚類、乃至人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有十分重要的意義。
通常，海域息都通過岸基監(jiān)測(cè)站、巡回監(jiān)測(cè)船、衛(wèi)星遙感及光學(xué)影像等獲得，難以覆蓋并重點(diǎn)監(jiān)測(cè)獲取精確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；一體化系統(tǒng)研制面臨以下問題：①當(dāng)衛(wèi)星獲取較高分辨率圖像時(shí)觀測(cè)區(qū)域小，使得衛(wèi)星失去地面或海上參照物；②無人機(jī)在較低空域飛行時(shí)，將會(huì)遭受較強(qiáng)的氣流干擾；③海域以及島礁周邊海面波動(dòng)大，無人船、無人艇在監(jiān)測(cè)時(shí)難以平穩(wěn)運(yùn)行；④衛(wèi)星、無人機(jī)、無人船、無人艇、島礁基、浮標(biāo)/浮臺(tái)基等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)大幅面、高幀率圖像進(jìn)行在線處理獲取信息。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決難以覆蓋并重點(diǎn)監(jiān)測(cè)獲取精確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了天/空/船艇/浮標(biāo)/島礁基海域多傳感器一體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該一體化系統(tǒng)利用衛(wèi)星sar圖像無源定位、無人機(jī)采用雷達(dá)/圖像/超聲等多傳感器專用監(jiān)視吊艙、無人船采用搜索雷達(dá)/圖像/超聲/激光一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、島礁基和岸基采用ads-b/ais/雷達(dá)/全景圖像/跟蹤圖像/超聲/激光一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、浮標(biāo)/浮臺(tái)選用半球全景圖像/激光系統(tǒng)、水下航行器采用多路紅外ccd/超聲及聲納監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，后臺(tái)建立綜合分析系統(tǒng)，獲取島礁和海上構(gòu)筑物違法、空海非合作目標(biāo)以及海域環(huán)境綜合信息，解決了監(jiān)測(cè)范圍覆蓋與重點(diǎn)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)精確獲取的技術(shù)問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，天/空/船艇/浮標(biāo)/島礁基海域多傳感器一體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)包括以下步驟：
步驟一：針對(duì)海上目標(biāo)缺少明顯特征點(diǎn)、地面控制點(diǎn)獲取困難、影像資料難以對(duì)海上艦船目標(biāo)在線精確定位問題；采用對(duì)準(zhǔn)地球中心位置的魯棒預(yù)測(cè)估計(jì)算法，以便抑制天基誤差、時(shí)間基準(zhǔn)誤差、地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)計(jì)算誤差、地圖大區(qū)域匹配預(yù)測(cè)造成海面目標(biāo)的定位積累誤差、遙感圖像和遠(yuǎn)程圖像誤差；
步驟二：（1）在無人機(jī)平臺(tái)上安裝雷達(dá)/圖像/超聲多傳感器半球形監(jiān)視吊艙，吊艙中云臺(tái)可控，云臺(tái)中心安置雷達(dá)、超聲和激光測(cè)距設(shè)備，四周安裝多個(gè)ccd實(shí)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)范圍全覆蓋；同時(shí)考慮重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的要求，按照給定距離的區(qū)域覆蓋要求和電動(dòng)鏡頭不同距離的視場(chǎng)角，將安裝同一云臺(tái)上的一組ccd高低角和ccd之間的夾角采用自動(dòng)控制方式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)給定監(jiān)視區(qū)域的最大覆蓋；通過監(jiān)視空間等效方法將多個(gè)小幅面ccd系統(tǒng)等效為一個(gè)大幅面ccd監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)多個(gè)重復(fù)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行融合估計(jì)；
（2）在無人船平臺(tái)上安裝掃瞄雷達(dá)/陣列圖像/超聲/激光或紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，矩形板的方位和高低角依靠云臺(tái)控制；矩形板上安裝兩排ccd實(shí)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)范圍全覆蓋；考慮重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的要求，按照給定距離的區(qū)域覆蓋要求和電動(dòng)鏡頭不同距離的視場(chǎng)角，將安裝同一云臺(tái)上的一組ccd高低角和ccd之間的夾角采用自動(dòng)控制方式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)給定監(jiān)視區(qū)域的最大覆蓋；通過監(jiān)視空間等效方法將多個(gè)小幅面ccd系統(tǒng)等效為一個(gè)大幅面ccd監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)多個(gè)重復(fù)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行融合估計(jì)；
（3）在水下航行器安裝水下探測(cè)的多路紅外ccd、多路超聲及聲納監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)水中的死亡蝦、貝類、海水富營養(yǎng)化的誘發(fā)赤潮的海域環(huán)境參數(shù)；
（4）在浮標(biāo)/浮臺(tái)安裝全景圖像/激光設(shè)備，對(duì)浮標(biāo)/浮臺(tái)周邊進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（5）島礁基安裝ads-b/ais/雷達(dá)/全景圖像/跟蹤圖像/超聲/激光一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)海面遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)難以區(qū)分空中還是海面問題，采用ads-b/ais對(duì)空中和海上合作目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，針對(duì)ads-b（ais）技術(shù)自身的設(shè)計(jì)缺陷以及現(xiàn)有ads-b安全技術(shù)的局限性導(dǎo)致ads-b導(dǎo)航系統(tǒng)很容易被虛假目標(biāo)欺騙干擾的問題，在基于1090es數(shù)據(jù)鏈工作架構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用基于陣列信號(hào)處理的ads-b導(dǎo)航抗欺騙性干擾方法，實(shí)現(xiàn)島礁基對(duì)空、海偽目標(biāo)識(shí)別，以達(dá)到抗虛假欺騙干擾的魯棒監(jiān)測(cè)目的；
雷達(dá)與ads-b系統(tǒng)相互驗(yàn)證與補(bǔ)充，提高海域目標(biāo)監(jiān)測(cè)信息的準(zhǔn)確度；球面全景圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近距離目標(biāo)監(jiān)測(cè)，完成圖像數(shù)據(jù)的采集和控制一體化、圖像的高速在線融合和快速拼接；跟蹤圖像對(duì)海域目標(biāo)進(jìn)行細(xì)節(jié)性探測(cè)；跟蹤圖像激光或紅外進(jìn)行距離探測(cè)；
步驟三：通過對(duì)fpga進(jìn)行并行化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，最大程度減少圖像存儲(chǔ)與調(diào)用，僅設(shè)置一個(gè)圖像存儲(chǔ)空間，將兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在fpga進(jìn)行比較，獲得有無違法信息；在此基礎(chǔ)上將圖像處理算法與硬件一體化設(shè)計(jì)，用fpga進(jìn)行圖像閾值分割、目標(biāo)中心提取、偏移量和速度計(jì)算、圖像匹配處理的實(shí)現(xiàn)；
步驟四：建立信息處理中心，該中心接收衛(wèi)星、無人機(jī)、無人船、水下航行器、浮標(biāo)/浮臺(tái)、島礁或岸基平臺(tái)上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息，通過對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的指定海域環(huán)境數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行融合、快速獲取富營養(yǎng)化、有毒赤潮、水體缺氧、海洋酸化的環(huán)境參數(shù)并有效監(jiān)控和預(yù)警；對(duì)于通過對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的指定海域的空、海運(yùn)動(dòng)的非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)監(jiān)視信息自動(dòng)提取，進(jìn)行海防安全預(yù)警；事先建立無違法的島礁和海上構(gòu)筑物數(shù)字海圖，通過模糊對(duì)比各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的島礁及海上構(gòu)筑物違法信息，確定是否真正違法，為島礁和海上構(gòu)筑物維權(quán)執(zhí)法提供依據(jù)。
本發(fā)明的有益結(jié)果是：利用衛(wèi)星、無人機(jī)、無人船、水下航行器、浮標(biāo)/浮臺(tái)、島礁（岸）基平臺(tái)以及ads-b、ais、雷達(dá)、圖像、激光、紅外、超聲多傳感器組成天基、空基、船挺基、浮標(biāo)/島礁基或岸基以及水下航行器的海域多傳感器一體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)海域范圍的全部覆蓋并能夠精確獲取重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)精確；為海域安全提供了完整的監(jiān)測(cè)手段；為利用海洋資源持續(xù)發(fā)展提供重要的技術(shù)保障，對(duì)保障海洋魚類、乃至人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有十分重要的意義。
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
附圖說明
附圖1：天/空/船艇/浮標(biāo)/島礁基海域多傳感器一體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖1。
步驟一：針對(duì)海上目標(biāo)缺少明顯特征點(diǎn)、地面控制點(diǎn)獲取困難、影像資料難以對(duì)海上艦船目標(biāo)在線精確定位問題；采用對(duì)準(zhǔn)地球中心位置的魯棒預(yù)測(cè)估計(jì)算法，以便抑制天基誤差、時(shí)間基準(zhǔn)誤差、地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)計(jì)算誤差、地圖大區(qū)域匹配預(yù)測(cè)造成海面目標(biāo)的定位積累誤差、遙感圖像和遠(yuǎn)程圖像誤差；
步驟二：（1）在無人機(jī)平臺(tái)上安裝雷達(dá)/圖像/超聲多傳感器半球形監(jiān)視吊艙，吊艙中云臺(tái)可控，云臺(tái)中心安置雷達(dá)、超聲和激光測(cè)距設(shè)備，四周安裝多個(gè)ccd實(shí)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)范圍全覆蓋；同時(shí)考慮重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的要求，按照給定距離的區(qū)域覆蓋要求和電動(dòng)鏡頭不同距離的視場(chǎng)角，將安裝同一云臺(tái)上的一組ccd高低角和ccd之間的夾角采用自動(dòng)控制方式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)給定監(jiān)視區(qū)域的最大覆蓋；通過監(jiān)視空間等效方法將多個(gè)小幅面ccd系統(tǒng)等效為一個(gè)大幅面ccd監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)多個(gè)重復(fù)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行融合估計(jì)；
（2）在無人船平臺(tái)上安裝掃瞄雷達(dá)/陣列圖像/超聲/激光或紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，矩形板的方位和高低角依靠云臺(tái)控制；矩形板上安裝兩排ccd實(shí)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)范圍全覆蓋；考慮重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的要求，按照給定距離的區(qū)域覆蓋要求和電動(dòng)鏡頭不同距離的視場(chǎng)角，將安裝同一云臺(tái)上的一組ccd高低角和ccd之間的夾角采用自動(dòng)控制方式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)給定監(jiān)視區(qū)域的最大覆蓋；通過監(jiān)視空間等效方法將多個(gè)小幅面ccd系統(tǒng)等效為一個(gè)大幅面ccd監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)多個(gè)重復(fù)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行融合估計(jì)；
（3）在水下航行器安裝水下探測(cè)的多路紅外ccd、多路超聲及聲納監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)水中的死亡蝦、貝類、海水富營養(yǎng)化的誘發(fā)赤潮的海域環(huán)境參數(shù)；
（4）在浮標(biāo)/浮臺(tái)安裝全景圖像/激光設(shè)備，對(duì)浮標(biāo)/浮臺(tái)周邊進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
（5）島礁基安裝ads-b/ais/雷達(dá)/全景圖像/跟蹤圖像/超聲/激光一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)海面遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)難以區(qū)分空中還是海面問題，采用ads-b/ais對(duì)空中和海上合作目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，針對(duì)ads-b（ais）技術(shù)自身的設(shè)計(jì)缺陷以及現(xiàn)有ads-b安全技術(shù)的局限性導(dǎo)致ads-b導(dǎo)航系統(tǒng)很容易被虛假目標(biāo)欺騙干擾的問題，在基于1090es數(shù)據(jù)鏈工作架構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用基于陣列信號(hào)處理的ads-b導(dǎo)航抗欺騙性干擾方法，實(shí)現(xiàn)島礁基對(duì)空、海偽目標(biāo)識(shí)別，以達(dá)到抗虛假欺騙干擾的魯棒監(jiān)測(cè)目的；
雷達(dá)與ads-b系統(tǒng)相互驗(yàn)證與補(bǔ)充，提高海域目標(biāo)監(jiān)測(cè)信息的準(zhǔn)確度；球面全景圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近距離目標(biāo)監(jiān)測(cè)，完成圖像數(shù)據(jù)的采集和控制一體化、圖像的高速在線融合和快速拼接；跟蹤圖像對(duì)海域目標(biāo)進(jìn)行細(xì)節(jié)性探測(cè)；跟蹤圖像激光或紅外進(jìn)行距離探測(cè)；
步驟三：通過對(duì)fpga進(jìn)行并行化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，最大程度減少圖像存儲(chǔ)與調(diào)用，僅設(shè)置一個(gè)圖像存儲(chǔ)空間，將兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在fpga進(jìn)行比較，獲得有無違法信息；在此基礎(chǔ)上將圖像處理算法與硬件一體化設(shè)計(jì)，用fpga進(jìn)行圖像閾值分割、目標(biāo)中心提取、偏移量和速度計(jì)算、圖像匹配處理的實(shí)現(xiàn)；
步驟四：建立信息處理中心，該中心接收衛(wèi)星、無人機(jī)、無人船、水下航行器、浮標(biāo)/浮臺(tái)、島礁或岸基平臺(tái)上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息，通過對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的指定海域環(huán)境數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行融合、快速獲取富營養(yǎng)化、有毒赤潮、水體缺氧、海洋酸化的環(huán)境參數(shù)并有效監(jiān)控和預(yù)警；對(duì)于通過對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的指定海域的空、海運(yùn)動(dòng)的非合作目標(biāo)動(dòng)態(tài)監(jiān)視信息自動(dòng)提取，進(jìn)行安全預(yù)警；事先建立無違法的島礁和海上構(gòu)筑物數(shù)字海圖，通過模糊對(duì)比各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的島礁及海上構(gòu)筑物違法信息，確定是否真正違法，為島礁和海上構(gòu)筑物維權(quán)執(zhí)法提供依據(jù)。