水面舰船目标检测识别系统设计

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1、水面舰船目标检测识别系统设计在我国近海岸输油、气管道常常会因为不明船只在附近施工、作业或抛锚等危险行为而造成破坏，为了更好的保护海底管道，因而需要在沿管道附近的水域建立一套安防系统，检测过往船只航行状态，对危险目标进行实时预警，并把报警信息实时传送给上位机系统进行处理，以便安防管理人员快速响应报警情况，从而有效保护海底管道的安全。目前，国内外有许多使用图像和视频的方法来检测舰船，但在功耗、硬件实现等方面受到制约。　　鉴于此，通过结合水声技术，提出了采用水声与雷达、视频联合自动监测方案，利用水声被动测量可长期工作的特点，实现对海管沿线水面、水下目标的前期声学预警

2、，再利用岸基雷达的短期主动扫描，获取水面可疑目标的准确参数，而视频监测设备则用于雷达近端监测盲区的补充测量，以实现对海底管道附近水域进行全天候无死角的全方位监测。　　文中主要论述水声监测分系统的信号处理软硬件设计，即基于浮标的海上舰船目标预警系统设计。其主要功能包括：实现海上目标声学监测和自动识别，判断目标有无及目标状态;根据船只航行和作业等不同的频谱特性判断监测点附近是否有船只长时间停留或作业等危险存在;如有危险存在，通过北斗数据传输设备向指控中心机房传送报警信息。此外该预警系统还具有位置、电池电压等信息读取和发送功能以及对北斗模块的控制功能。舰船目标检测及

3、识别分系统结合其它的监测系统，可有效降低海管被外部不明船只在附近施工、作业或抛锚等危险行为造成破坏的风险，具有明显的经济效益和社会意义。　　1系统总体设计　　舰船目标检测及识别系统的设计思想是由浮标系统阵来完成对目标信号的初步监测，并将结果以无线通信的方式上传至岸基显控系统，岸基系统对结果进行评估，以决定是否开启雷达扫描。　　系统工作原理为：首先在海上沿管道走向布放浮标阵，每个浮标上安装水听器，通过将水听器接收到的声信号传送到信号处理系统(模拟和数字)处理，实现对目标信号的检测和识别，当发现危险目标时通过北斗模块上传报警信息。整个系统由基阵、浮标系统、显控系统

4、3部分组成。　　2系统硬件设计　　2.1信号处理机设计　　信号处理机是舰船目标检测及识别系统的一个重要组成部分，其的主要功能包括：进行信号的实时采集、处理，并完成目标的检测和作业状态识别;在设定时间开启北斗模块电源，完成电池电压测量，并将电压信息、北斗位置信息以及报警信息等传回;定时或在收到新指令时关闭北斗模块电源;通过串口(或其它)可对工作中的设备在线调整识别门限、选择识别准则，以保证设备工作的状态最佳。根据上述功能要求，硬件系统框图。　　2.2DSP与FPGA外设接口设计　　TMS320C5535提供的外设接口有两个SD外设、4个I2SBusTM模块、一个

5、具有多达4种芯片选择的SPI接口、一个I2C接口、一个通用异步收发器(UART)以及多达20个通用I/O(GPIO)引脚(与其他器件功能多路复用)。对于本系统，DSP通过FPGA与外设进行数据的交互，而DSP接口多为串行接口与FPGA连接方便扩展。包括DSP给FPGA进行参数设定和将FPGA完成简单处理的数据传送给DSP。　　DSP与FPGA的外部接口电路。本次设计在DSP提供的众多外设IO中，我们最主要用到了UART接口、I2S接口以及GPIO来与FPGA进行交互。其中，UART接口用来与北斗模块进行基于RS232的串口通信;I2S接口用来与FPGA进行数据

6、交互;GPIO则用来控制北斗模块电源的开关以及AGC增益的输出。其他没有用到的GPIO引脚都将它连至FPGA的IO上，方便系统以后的扩展与修改。而SPI接口和I2C接口作为片外存储器接口，也通过零电阻连至FPGA，在不使用时不焊接零电阻即可，增加了系统的灵活性与扩展性。　　3LOFAR分析　　利用高阶统计量可以证明舰船辐射噪声信号是非平稳、非高斯的。因此，单纯地依靠时域或频谱分析方法来提取辐射噪声的特征在很多时候可能会掩盖目标的某些局部时频特征。而且由于舰船噪声主要集中于低频端，轴频及其倍频等低频端谱特征可能淹没在海洋噪声背景中，而无法直接获取。LOFAR谱图

7、是根据水声目标辐射噪声的局部平稳特性，通过信号短时傅立叶变换获得的时变功率谱在时间、频率平面上投影形成的，反映了信号的非平稳特性，能够提取信号中的线谱分布特征。　　LOFAR谱图分析实际上就是短时傅立叶后，在频谱图上进行目标检测的一种方法。对舰船目标进行LOFAR谱图分析时，一个关键问题就是如何进行数据的分段处理。数据的分段大小与需要进行的任务密切相关，当需要进行目标的种类或者更精细的目标特征分析时，希望LOFAR谱图的分辨率越高越好，但是分辨率高需要付出较高的硬件代价。如果仅仅是检测目标大小或者有无目标，LOFAR图的频率分辨率可以适当降低以适应相应的硬件条

8、件。　　4系统软件设计　　4.1软件总