[發明專利]基于UWB的船舶避碰裝置

無效

• 申請號: 201310395965.0
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103456190A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 蔡新梅
• 申請（專利權）人: 蔡新梅
• 主分類號: G08G3/02
• 分類號: G08G3/02
• 代理公司: 葫蘆島天開專利商標代理事務所(特殊普通合伙) 21230
• 代理人: 魏勇

技術領域

本發明提供的是船舶定位裝置，具體地說是基于UWB的船舶避碰裝置。

背景技術

目前，船舶避碰問題是21世紀重要的航海研究課題，有效地減少船舶避碰，對海洋及河道環境、人身安全、航海秩序都有很大的作用?，F有的船舶測距、測向裝置及辨識裝置均為各種導航設備以及GPS衛星定位裝置，同時結合陸地指揮和船舶協調，可以實現船舶避碰，成為現有船舶避碰技術。但也存在信息輸入不及時、誤報警率高、抗干擾能力弱、通信頻譜受到限制的缺陷，無法完全避免船舶危險接近。另外，船舶趨于大型化、快速化，各航道通航密度逐年增加，預防船舶碰撞已經成為制約航運業發展的重要問題。

發明內容

為了克服現有船舶避碰裝置的缺陷，本發明提出了基于UWB的船舶避碰裝置。該裝置通過FPGA處理器與UWB收/發模塊、信號源模塊和天線模塊通信連接，解決船舶避碰的技術問題。

本發明解決技術問題所采用的方案是：

UWB避碰裝置組成：

信號源經由UWB收、發模塊和信道與處理器連接，在處理器上分別連接有顯示器和報警器，處理器并與自動控制系統相連接。

所述處理器為FPGA處理器。

UWB接收模塊：

天線經由低噪聲放大器、濾波器、解調器與數據輸出端連接，在解調器上連接有脈沖發生器。天線接收的信號經過放大器放大后進行濾波，濾波后解調，將天線接收的信號作為數據輸出。解調器上接入的脈沖發生器的作用是，供給解調器脈沖源，形成無線脈沖載波。

UWB發送模塊：

信號源經由調制器與天線連接，將信號源信號經過調制通過天線發出。調制器上接入的脈沖發生器用于產生脈沖電磁波。

積極效果，本發明通過處理器與UWB技術相結合，具有定位精確可靠、誤差小、傳輸及時的優點。利用UWB信號具有分辨率高、傳輸距離遠、抗干擾能力強、定位準確的特點，實現船舶的自主避碰。適宜作為船舶避碰裝置應用。

附圖說明

圖1為本發明組成圖

圖2為本發明UWB接收模塊框圖

圖3為本發明UWB發送模塊框圖

圖4為本發明工作過程圖。

具體實施方式

據圖1所示，UWB避碰裝置組成：

信號源經由UWB收、發模塊和信道與處理器連接，在處理器上分別連接有顯示器和報警器，處理器并與自動控制系統相連接。

所述處理器為FPGA處理器。

據圖2所示，UWB接收模塊：

天線經由低噪聲放大器、濾波器、解調器與數據輸出端連接，在解調器上連接有脈沖發生器。天線接收的信號經過放大器放大后進行濾波，濾波后解調，將天線接收的信號作為數據輸出。解調器上接入的脈沖發生器的作用是，供給解調器脈沖源，形成無線脈沖載波。

據圖3所示，UWB發送模塊：

信號源經由調制器與天線連接，將信號源信號經過調制通過天線發出。調制器上接入的脈沖發生器用于產生脈沖電磁波。

據圖4所示，UWB避碰裝置工作過程：

UWB避碰裝置上電，開始，經過系統初始化，供給數據采集進行運算判斷，當兩船距離超過安全范圍時，報警及驅動船舶制動系統，當沒有超過安全距離時，顯示兩船距離、行駛速度和行駛方向，當定時器大于50毫秒時，產生信號返回到數據采集系統，重新采集數據，當定時器小于50毫秒時，產生信號返回到運算判斷過程。

本發明工作原理：

本發明處理器為應用于UWB無線通信的FPGA處理器，前端為UWB收/發模塊，將接收到的信號送給中央處理器，并能將處理器所發信息通過UWB發送模塊進行發送。裝置的主要功能由FPGA處理器來完成。其中，UWB收/發模塊是本發明的關鍵，為處理器提供信號源，同時使得主處理模塊獲得有效的采樣信號從而計算距離、判定目標以及實現報警。本裝置同時能夠由處理器發出控制信號，驅動自動控制裝置以實現自動避碰。

1.信號源模塊設計

根據FCC對UWB?的定義可知：

式中：，

fH?和fL?分別為功率較峰值功率下降10?dB時所對應的上限頻率和下限頻率；?f0為載波頻率。此時，信號帶寬至少為500?MHz。FCC規定UWB所使用的頻率范圍為3.1-10.6?GHz，由此可見，該脈沖比傳統脈沖窄得多，本裝置中信號源采用高斯脈沖序列：

高斯脈沖：

高斯脈沖序列：

脈沖幅度A=5，脈沖寬度因子α=109，標準差σ=0.2，脈沖重復周期T=10-6s，即可滿足要求。