[发明专利]一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置与方法

权利要求书

1.一种用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪装置，其特征在于，包括信号采集单元，包括船载ARPA雷达、本船驾驶室传感器、AIS终端；

所述ARPA雷达，用于采集本船附近航行的船舶相对于本船的距离和他船的航向和航速信息；

本船驾驶室传感器，用于采集本船的航向和航速信息；

AIS终端，用于采集相应方向船舶的船高信息；

定时器，用于以计数方式采集灯座在水平和竖直方向两个旋转编码器的脉冲信号；

信号处理单元，用于根据信号采集单元的信息和定时器的脉冲信号，得出当前灯座的旋转位置，并得到探照灯相对当前位置需要转动的水平和垂直的角度；

还用于输出控制单元所需的PWM信号；

灯座控制单元，用于根据单片机输出的PWM信号，控制整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标 。

2.一种使用权利要求1所述装置的用于船舶夜航的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）接收信号采集单元采集的信息；

2）若有船舶进入预警范围，则给探照灯供电；若无船舶进入预警范围，则关闭探照灯电源；

3）对进入预警范围的各船舶目标进行危险度排序，检查与最危险目标的预期最短会遇距离是否小于海事要求的范围，若小于则蜂鸣器报警；

4）对进入预警范围的船舶目标按危险度由低到高各进行一次立即跟踪的扫描；所述立即跟踪是指根据信号采集单元采集的当前被跟踪目标的即时信息定位被跟踪目标；

5）对最危险目标进行动态的预测跟踪；所述预测跟踪是指根据信号采集单元采集的两次雷达扫描间隔时间里根据上次获取的关于他船及本船的信息来推测一个雷达扫描周期后被跟踪目标定位信息；

6）根据立即跟踪或预测跟踪需要控制整个灯座的水平和垂直转动以跟踪动态目标。

3.根据权利要求2所述的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于，所述危险度排序通过如下算法得出：

3.1）首先对所有目标船舶进行分组，设目标船舶与本船的预期最短会遇距离为                                                , 海事要求的两船最短会遇距离为d,两船达到最短会遇距离的预期时间为 (i=0,1,2,3…)；<d为组A，>d则为组B；

3.2）组间排序：组A内所有目标危险度大于组B所有目标的危险度；

3.3）对组A内所有目标按其与本船达到最短会遇距离的预期时间长短进行排序，越小则危险度越高；

对组B内所有目标计算其危险度因子K:

K越小则危险度越高，按危险度因子K数值大小排列出B组内各目标的危险度；组A内所有目标危险度大于组B得出所有目标的危险度排序。

4.根据权利要求2所述的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于，

所述立即跟踪控制整个灯座的水平和垂直转动如下：

6.1）水平方向

立即跟踪需要转动的水平方向角度为

若，则为顺时针方向转动；若，则为逆时针方向转动；

其中，γ为他船相对本船的方向角，当前时刻灯座的水平方向角，正北方向为0°，顺时针方向依次增加；

6.2）竖直方向：

立即跟踪需要灯座在竖直方向的回转角度为

    若,则需要向下转动；若，则为向上转动；

其中，为当前时刻他船相对本船的竖直方向角，；当前时刻灯座的竖直方向角。

5.根据权利要求4所述的危险目标自动灯光跟踪方法，其特征在于，

所述预测跟踪控制整个灯座的水平和垂直转动如下：

6.3）水平方向

预测跟踪他船相对本船的水平方向的方向角变化率为

  

为正要求灯座水平方向为顺时针转动跟踪，反之则为逆时针方向跟踪；

其中t时刻他船相对本船的水平方向的方向角，

         

；α为本船航向角，航速 β为最近一次雷达采集到的他船的航向角为β，航速

 6.4）竖直方向：

预测跟踪他船相对本船的竖直方向的方向角变化率为

               

为正则要求灯座在竖直方向为向下跟踪，反之为向上跟踪；

其中；

其中，他船的船高，本船灯座高度，h本船吃水深度。