本實用新型設置船用導航雷達技術領域，特別涉及一種無人船用FMCW雷達。

背景技術：

無人船就是不用人員現(xiàn)場駕駛或完全自主駕駛的船，依靠搭載的控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和業(yè)務系統(tǒng)，廣泛應用于環(huán)保檢測、水下測繪、搜索救援、安防巡邏乃至軍事應用領域。

無人船在水上的安全航行，主要依靠感知船體本身狀態(tài)，通過傳感器感知或通信系統(tǒng)回傳船體的周邊動、靜態(tài)環(huán)境，自主或通過人員遠程操控，來實現(xiàn)船舶的安全航行。

雷達是利用微波技術對水面環(huán)境進行感知的傳感設備，能夠對環(huán)境目標進行探測、定位和測速，集合本船運動參數(shù)，對可能發(fā)生的碰撞及時發(fā)出警報，并采取最優(yōu)的避碰措施，是及其重要的核心設備。相比于攝像機等光學成像系統(tǒng)，微波成像有如下優(yōu)點：

a)探測距離更遠

b)全天候，不受能見度影響，穿透性能強

c)全方位，360度無死角

d)高分辨率，能區(qū)分小目標

由于無人船是近幾年新興的一個行業(yè)，目前的船用雷達都不是針對無人船應用的，并不能很好地符合其應用。無人船雷達相比于傳統(tǒng)雷達有以下特殊需求：

1.低功耗，以保證更長的續(xù)航能力，適合采用FMCW固態(tài)雷達技術；

2.探測遠，需要探測直到32海里距離內的目標，以保證充分的反應時間和安全決策措施。

3.智能化，應該能自動避障，自動標繪，識別動態(tài)的和靜態(tài)的碰撞風險，輸出給航線規(guī)劃中控調整航線。

4.綜合性，需要豐富的輸入輸出接口，能集成綜合眾多的傳感器與控制系統(tǒng)，根據(jù)感知判決來自主、智能地規(guī)劃安全而高效的航線。

5.自主性，除了人工干預與輔助，可完全自主運行，需要高度的可靠性，需要完備的數(shù)據(jù)與狀態(tài)回傳。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題而提供一種無人船用FMCW雷達，以滿足無人船駕駛要求。

本實用新型所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種無人船用FMCW雷達，包括發(fā)射天線、接收天線、發(fā)射通道、接收通道、耦合器、信號發(fā)生器、信號解調單元、雷達信號處理單元、輸入輸出接口單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、環(huán)境檢測單元、目標檢測單元、環(huán)境抽象與自動標會單元、目標跟蹤與自動標繪單元、控制接口單元、組合濾波處理單元、方位求解單元、2個載波相位GNSS接收機、GNSS天線、陀螺儀；所述發(fā)射天線與所述發(fā)射通道的輸出端連接，所述發(fā)射通道的輸入端與所述信號發(fā)生器的輸出端連接，所述信號發(fā)生器的輸入端與所述雷達信號處理單元的雷達信號輸出端連接，所述接收天線與所述接收通道的輸入端連接，所述接收通道的輸出端與所述信號解調單元的輸入端連接，所述耦合器將所述發(fā)射通道和接收通道耦合起來；所述信號解調單元的輸出端與所述雷達信號處理單元的雷達信號輸入端連接；所述雷達信號處理單元的處理信號輸出端與所述環(huán)境檢測單元的輸入端連接，所述環(huán)境檢測單元的第一輸出端與所述環(huán)境抽象與自動標會單元的輸入端連接，所述環(huán)境抽象與自動標會單元的輸出端與所述控制接口單元的第一輸入端連接，所述環(huán)境檢測單元的第二輸出端與所述目標檢測單元的輸入端連接，所述目標檢測單元的輸出端與所述目標跟蹤與自動標繪單元的輸入端連接，所述目標跟蹤與自動標繪單元的輸出端與所述控制接口單元的第二輸入端連接，所述控制接口單元的輸出端連接航線規(guī)劃中控單元連接；外部位置信號、方位信號、速度信號通過所述輸入輸出接口單元接入所述雷達信號處理單元的輸入輸出通訊口；所述雷達信號處理單元的通過所述數(shù)據(jù)采集與控制單元與遠程網(wǎng)絡控制系統(tǒng)連接；所述GNSS天線通過2個載波相位GNSS接收機與所述方位求解單元的輸入端連接，所述方位求解單元的輸出端與所述組合濾波處理單元的第一輸入端連接，所述陀螺儀與所述組合濾波處理單元的第二輸入端連接，所述組合濾波處理單元的輸出端輸出的內部位置信號、方位信號和速度信號通過所述輸入輸出接口單元接入所述雷達信號處理單元的輸入輸出通訊口。

本實用新型的無人船用FMCW雷達基本原理如下：

雷達信號處理單元通過信號發(fā)生器產(chǎn)生需要的調頻連續(xù)波(FMCW)中頻信號，由發(fā)射通道變頻放大，變換到微波發(fā)射頻段(X波段9.4GHz)，由發(fā)射天線向外輻射微波信號，照射目標；接收天線接收目標反射回的回波信號，在接收通道進行放大，同時和發(fā)射通道通過耦合器耦合的發(fā)射信號，由信號解調單元進行變換至基帶信號，送至雷達信號處理單元進行回波處理，包括降噪、抑制干擾、成像、提取多普勒參數(shù)等等；輸入輸出接口和外部或內置運動參數(shù)設備進行通信，獲得本船比如位置、方位、速度等運動參數(shù)，為雷達顯示方式或避碰處理提供必要的參數(shù)；數(shù)據(jù)采集與控制單元，通過以太網(wǎng)和外部系統(tǒng)連接，可以控制無人船雷達改變比如量程、目標捕獲區(qū)域等參數(shù)的設置，同時可以輸出雷達視頻數(shù)據(jù)，允許遠程中心回顯雷達圖像；雷達信號處理單元的成像數(shù)據(jù)送達環(huán)境檢測單元，發(fā)現(xiàn)比如島嶼、浮冰等大型障礙物，并對其進行相對定位，根據(jù)本船的運動參數(shù)來估計碰撞的可能性，由環(huán)境抽象與標繪單元來進行決策，將碰撞警報通過控制接口，告知航線規(guī)劃中央控制系統(tǒng)，及時采取合理的避碰措施；雷達數(shù)據(jù)再送至目標檢測單元，捕獲船舶、浮標等機動的或細小的目標，由目標跟蹤與標繪單元對捕獲的目標進行跟蹤，計算出目標的運動參數(shù)，如位置，速度等，從而針對可能得碰撞危險，做出決策，同樣由控制接口來送達航線規(guī)劃中控；目標捕獲的區(qū)域可以通過數(shù)據(jù)采集與控制單元在線或預先設定，以提高整個系統(tǒng)的可靠性與實用性；避碰決策或算法需要知道本船的運動參數(shù)，如位置、方位和速度，因此，本無人船雷達可以選擇內置兩個GNSS全球定位接收機，如GPS或北斗系統(tǒng)，其工作過程如下：天線接收定位衛(wèi)星信號，進入2個或3個(三位姿態(tài))帶載波相位輸出的GNSS接收機，首先可以獲得本船的位置和速度信息；再通過方位求解單元，通過載波相位整周模糊度求解，來算得本船的二維或三位姿態(tài)，其中就包含了特備重要的本船方位信息；考慮到GNSS信號可能失鎖，為了提高系統(tǒng)可靠性，設置MEMs微機械陀螺，在組合濾波處理單元進行組合導航，向主雷達系統(tǒng)提供位置、方位和速度信息；當然，這些信息也可以選用外部的專用設備來獲取，但無疑本方案中內置衛(wèi)星定位的方式，可以大大提供系統(tǒng)的集成度，降低系統(tǒng)復雜度和功耗、體積等因素，這些對無人船都至關重要。

附圖說明

圖1為本實用新型的無人船用FMCW雷達的原理框圖。

具體實施方式

參見圖1，圖中給出的一種無人船用FMCW雷達，包括發(fā)射天線110、接收天線120、發(fā)射通道130、接收通道140、耦合器150、信號發(fā)生器160、信號解調單元170、雷達信號處理單元180、輸入輸出接口單元190、數(shù)據(jù)采集與控制單元200、環(huán)境檢測單元210、目標檢測單元220、環(huán)境抽象與自動標會單元230、目標跟蹤與自動標繪單元240、控制接口單元250、組合濾波處理單元260、方位求解單元270、2個載波相位GNSS接收機280、GNSS天線290、陀螺儀300。

發(fā)射天線110與發(fā)射通道130的輸出端連接，發(fā)射通道130的輸入端與信號發(fā)生器160的輸出端連接，信號發(fā)生器160的輸入端與雷達信號處理單元180的雷達信號輸出端連接。

接收天線120與接收通道140的輸入端連接，接收通道140的輸出端與信號解調單元170的輸入端連接，耦合器150將發(fā)射通道130和接收通道140耦合起來；信號解調單元170的輸出端與雷達信號處理單元180的雷達信號輸入端連接。

雷達信號處理單元180的處理信號輸出端與環(huán)境檢測單元210的輸入端連接，環(huán)境檢測單元210的第一輸出端與環(huán)境抽象與自動標會單元230的輸入端連接，環(huán)境抽象與自動標會單元230的輸出端與控制接口單元250的第一輸入端連接。

環(huán)境檢測單元210的第二輸出端與目標檢測單元220的輸入端連接，目標檢測單元220的輸出端與目標跟蹤與自動標繪單元240的輸入端連接，目標跟蹤與自動標繪單元240的輸出端與控制接口單元250的第二輸入端連接，控制接口單元250的輸出端連接航線規(guī)劃中控單元連接。

外部位置信號、方位信號、速度信號通過輸入輸出接口單元190接入雷達信號處理單元180的輸入輸出通訊口；雷達信號處理單元180的通過數(shù)據(jù)采集與控制單元200與遠程網(wǎng)絡控制系統(tǒng)連接。

GNSS天線290通過2個載波相位GNSS接收機280與方位求解單元270的輸入端連接，方位求解單元270的輸出端與組合濾波處理單元260的第一輸入端連接，MEMs陀螺儀300與組合濾波處理單元260的第二輸入端連接，組合濾波處理單元260的輸出端輸出的內部位置信號、方位信號和速度信號通過輸入輸出接口單元190接入雷達信號處理單元180的輸入輸出通訊口。