專利名稱：基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠(yuǎn)洋漁業(yè)生產(chǎn)和海事安全領(lǐng)域，主要服務(wù)于遠(yuǎn)洋漁船打撈作業(yè)的漁網(wǎng)足艮S宗。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)洋捕撈作業(yè)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高，隨著各項(xiàng)漁業(yè)法規(guī)的日益完善，拖網(wǎng)作業(yè)逐漸被自由下網(wǎng)作業(yè)取代，每次出海作業(yè)，一艘遠(yuǎn)洋捕撈船將攜帶5至8個(gè)大型漁網(wǎng)，下網(wǎng)范圍達(dá)到了 3至5海里。漁網(wǎng)隨洋流自行飄動(dòng)，很容易發(fā)生漁網(wǎng)丟失的情況，而漁網(wǎng)的價(jià)格日益昂貴，漁民海上的主要作業(yè)時(shí)間都集中在看守漁網(wǎng)上?？词胤绞街饕窃嫉摹翱础?，到了夜間則借助于漁網(wǎng)燈的燈光輔助。在惡劣天氣下，傳統(tǒng)的“看”與燈都無法滿足需求，漁網(wǎng)一旦飄出了視距范圍，就十分容易丟失。
與此同時(shí)沿海交通日益繁忙，經(jīng)常穿越漁場，大型船只通行往往很難注意到漁網(wǎng)， 經(jīng)常發(fā)生漁網(wǎng)拖帶，漁網(wǎng)纏攪螺旋槳的情況，給漁民和過往船只都帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，引起糾紛。
綜合上述需求，遠(yuǎn)洋捕撈急需一種技術(shù)和設(shè)備，可以降低漁網(wǎng)看守作業(yè)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)漁網(wǎng)跟蹤的設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)過往船只同時(shí)可見，從而減少船只拖帶漁網(wǎng)事件的發(fā)生。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀及其方法，將漁網(wǎng)當(dāng)前位置發(fā)送到漁船和其他過往船只上，使得這些船只可以通過標(biāo)準(zhǔn)AIS設(shè)備獲知漁網(wǎng)當(dāng)前位置信息。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于它包括數(shù)字基帶系統(tǒng)，數(shù)字基帶系統(tǒng)與GPS天線連接，并通過高頻調(diào)制器、功率放大器與AIS天線連接；電池通過電源管理模塊分別為數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器和功率放大器供電。
按上述方案，所述的數(shù)字基帶系統(tǒng)包括用于接收位置與速度信息的GPS模塊；用于將位置、速度跟蹤器標(biāo)識(shí)號和名稱打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包的微控制器和基帶處理器； 所述的微控制器控制所述高頻調(diào)制器生成所需高頻載波信號，同時(shí)控制基帶處理器生成基帶信號，基帶信號與載波信號在功率放大器混合放大后，經(jīng)由AIS天線發(fā)射出去；微控制器從GPS模塊中獲取位置、速度、方向信息。
按上述方案，所述的基帶處理器、GPS模塊、高頻調(diào)制器和功率放大器分別由微處理器通過三極管控制。
按上述方案，所述的數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器、功率放大器、電池和電源管理模塊均設(shè)置在密封外殼內(nèi)并安裝于漁網(wǎng)配套的漂浮設(shè)備上。
按上述方案，所述的微處理器選用低功耗處理器STM32F103RBT6。
基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤方法，其特征在于它包括以下步驟
1)設(shè)置休眠時(shí)鐘，休眠狀態(tài)下僅保留當(dāng)前位置信息；
2)判斷電壓是否過低，若過低則繼續(xù)休眠；
幻發(fā)出頻率鎖定指令給VCO鎖定部分，指示其將頻率鎖定在AIS專用頻率上，并對功率放大器進(jìn)行電壓偏置使功率放大器工作；
4) GPS定位搜尋，定位成功后發(fā)射GPS信號以接收位置與速度信息；
5)將GPS模塊接收到的位置與速度信息打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包，經(jīng)AIS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
所述的休眠時(shí)鐘為32. 768KHZ。
本發(fā)明的工作過程為GPS模塊給微控制器提供位置與速度信息，微控制器與基帶處理器將上述信息與跟蹤器標(biāo)識(shí)號、名稱等靜態(tài)信息打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包，經(jīng)過高頻調(diào)制器的調(diào)制，生成161.975/162. 025MHZ的高頻信號，該信號由功放放大后由AIS天線對外輻射，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離發(fā)送。電源管理模塊則以電池供電為起點(diǎn)向各個(gè)模塊供電。
漁網(wǎng)跟蹤儀系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先判斷電源電壓是否過低，如果過低則對系統(tǒng)進(jìn)行休眠，以保護(hù)電池，防止電池過度放電；如果電池電壓滿足要求，則通過vco(電壓控制振蕩器)進(jìn)行頻率鎖定，把頻率鎖定在AIS專用頻率上(162MHz)；然后對功率放大器進(jìn)行電壓偏置，使功率放大器工作；之后GPS模塊開始進(jìn)行定位搜尋，如果定位成功就發(fā)射GPS信息， 如果定位失敗就重新定位；發(fā)射成功之后該系統(tǒng)休眠3分鐘，然后又重新啟動(dòng)。
本發(fā)明的有益效果為
1、本發(fā)明采用與AIS兼容的通訊協(xié)議，并將自己表示為一個(gè)AIS船只，以較長的發(fā)射間隔工作，向漁船和周圍船只發(fā)射AIS標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文，漁船可以使用已經(jīng)配備的任何AIS兼容設(shè)備實(shí)現(xiàn)對其位置進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了漁網(wǎng)的遠(yuǎn)距離跟蹤，即使?jié)O網(wǎng)離開視距范圍亦可追回。
2、微控制器采用低功耗處理器STM32F103RBT6，除了微控制器外，所有其他用電元件供電都由三極管控制，在休眠模式下，完全斷電；微控制器定時(shí)進(jìn)入休眠模式，使用 32. 768KHZ作為休眠時(shí)鐘，保持少量當(dāng)前位置信息，功耗降至50uA。
3、VCO頻率生成電路采用LMX2332芯片對其進(jìn)行快速鎖定，可將VCO鎖定時(shí)間減少至500us，從而減少鎖定功耗。
3、兼容了漁船上現(xiàn)有的AIS設(shè)備，降低了整套系統(tǒng)的配備難度。
4、能夠向過往船只反應(yīng)漁網(wǎng)位置，降低航行風(fēng)險(xiǎn)。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)組成圖。
圖2為微控制器的電路原理圖。
圖3為基帶處理器的電路圖。
圖4為高頻調(diào)制器的電路圖。
圖5為GPS模塊的電路圖。
圖6為功率放大器的電路圖。
圖7為電源管理模塊的電路圖。
圖8為本發(fā)明的工作示例圖。
圖9為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)施例包括數(shù)字基帶系統(tǒng)，數(shù)字基帶系統(tǒng)與GPS天線連接，并通過高頻調(diào)制器、功率放大器與AIS天線連接；電池通過電源管理模塊分別為數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器和功率放大器供電。數(shù)字基帶系統(tǒng)包括用于接收位置與速度信息的GPS模塊；用于將位置、速度跟蹤器標(biāo)識(shí)號和名稱打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包的微控制器和基帶處理器； 所述GPS天線、GPS模塊、微控制器、基帶處理器和所述高頻調(diào)制器順次連接。
圖2為微控制器的電路原理圖，它采用低功耗處理器STM32F103RCT6，在低功耗模式下功耗可降至3uA，同時(shí)保持20個(gè)字節(jié)的內(nèi)存存儲(chǔ)空間。如圖STM32F103RCT6管腳5、6， 需連接特種晶振，通常使用IOP特征阻抗32768KHZ，此處使用6P特征阻抗32768KHZ晶振， 可以使待機(jī)功耗從IOOuA下降至luA，從而延長設(shè)備使用時(shí)間。不良影響為在100次啟動(dòng)中會(huì)有1到2次啟動(dòng)失敗，但不影響機(jī)器整體使用。
圖3為基帶處理器的電路圖，使用的基帶處理器為該領(lǐng)域?qū)Ｓ?，功耗較高且休眠模式極易出錯(cuò)，為了有效降低其功耗，特設(shè)計(jì)了專用的斷電電路，以保證在休眠模式下其完全不耗電。如圖3中，系統(tǒng)電源網(wǎng)絡(luò)為cmx7042_3. 3V_，該網(wǎng)絡(luò)在圖7中由Q6SI2301i P型場效應(yīng)管控制。特別注意在于，主芯片CMX7042L4時(shí)鐘頻率必須使用有源晶振，方可達(dá)到 AIS需求的3PPM穩(wěn)定度。但在休眠中，CMX7042L4的有源晶振必須與主芯片一起斷電，以降低功耗。有源晶振耗電為ImA左右，在休眠中必須斷電。
圖4為高頻調(diào)制器的電路圖，使用典型VCO電路，為降低功耗，除了設(shè)計(jì)休眠電源開關(guān)外，電路中使用了特殊的匹配值，使其即使在正常工作狀態(tài)，功耗亦可達(dá)到最低。如圖 4中，主振蕩管為Q25，型號為NXP的BFR540，R274與R180為鉗位二極管，使Q25處于放大狀態(tài)，通過提高R274與R180的值，降低了 VCO的鎖定電流，但延長了 VCO的鎖定時(shí)間，由于VCO主要處于休眠工作狀態(tài)，這種改進(jìn)不影響實(shí)際工作，但在程序中需要額外處理，等待 VCO鎖定完成方可進(jìn)行發(fā)射。
圖5為GPS模塊的電路圖，使用了低功耗GPS模塊，并添加了電源開關(guān)。GPS模塊在使用當(dāng)中，需要采用特殊的技術(shù)手段方可降低其功耗。系統(tǒng)中，GPS定位耗電占整個(gè)系統(tǒng)耗電量的80%。通常情況下，GPS耗電分為兩種狀態(tài)，搜尋衛(wèi)星狀態(tài)25mA，搜索完成正常工作10mA。對于間斷工作的漁網(wǎng)跟蹤器，GPS大部分都處于斷點(diǎn)狀態(tài)。從斷電狀態(tài)啟動(dòng)，GPS 分為冷啟動(dòng)與熱啟動(dòng)，冷啟動(dòng)時(shí)間較長，約為2分鐘；熱啟動(dòng)較快，約為30秒。熱啟動(dòng)有兩種情況下可以實(shí)現(xiàn)，一為斷電時(shí)間較短，20秒左右，超過20秒就將進(jìn)入冷啟動(dòng)；第二種情況為，外部直接輸入當(dāng)前衛(wèi)星狀態(tài)，可以使其快速進(jìn)入熱啟動(dòng)狀態(tài)。為了使其進(jìn)入熱啟動(dòng)，MCU 可在GPS定位后，讀取GPS模塊輸出的星歷狀態(tài)，保存在前文所述20個(gè)字節(jié)的備份空間中； 當(dāng)MCU休眠重啟后，重備份空間中讀取星歷，輸入GPS模塊之中，就可以讓GPS模塊迅速進(jìn)入熱啟動(dòng)狀態(tài)，從而減少搜索時(shí)間，降低功耗。
圖6為功率放大器的電路圖，采用RF51IOG射頻功放模塊，獨(dú)立的電源開關(guān)使得其再休眠模式下完全斷電，當(dāng)且僅當(dāng)發(fā)射即將啟動(dòng)、VCO完全鎖定后，模塊才啟動(dòng)，最大限度地降低了它的功耗。
圖7為電源管理模塊的電路圖。
使用時(shí)，數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器、功率放大器、電池和電源管理模塊均設(shè)置在密封外殼內(nèi)并安裝于漁網(wǎng)配套的漂浮設(shè)備上。
圖9為本發(fā)明的流程圖，它包括以下步驟
1)設(shè)置休眠時(shí)鐘32. 768KHZ，休眠狀態(tài)下僅保留當(dāng)前位置信息；
2)判斷電壓是否過低，若過低則繼續(xù)休眠；
3)發(fā)出頻率鎖定指令將頻率鎖定在AIS專用頻率上，并對功率放大器進(jìn)行電壓偏置使功率放大器工作；
4) GPS定位搜尋，定位成功后發(fā)射GPS信號以接收位置與速度信息；
5)將GPS模塊接收到的位置與速度信息打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包，經(jīng)AIS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
如圖8所示，本漁網(wǎng)跟蹤儀的工作模式有如下幾個(gè)組成部分若干漁網(wǎng)跟蹤器、漁船船載AIS終端和其他船只船載AIS終端。
具體工作過程如下
1、漁網(wǎng)跟蹤儀采用與AIS船只相同的工作模式，采用標(biāo)準(zhǔn)的登錄網(wǎng)絡(luò)模式進(jìn)入 AIS通訊體系，向其他船只發(fā)送包含名稱、長寬、位置、速度的19號報(bào)文，和僅包含位置、速度信息的18號報(bào)文。
2、漁船終端接收到跟蹤器的信號，解析出其位置與名稱，從而防止與其非本船漁網(wǎng)混淆，并可知其確切距離和運(yùn)動(dòng)速度，判斷其是否漂移。
3、過往船只可將漁網(wǎng)解析為一條具體船只，從而實(shí)現(xiàn)避讓。
權(quán)利要求
1.一種基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于它包括數(shù)字基帶系統(tǒng)，數(shù)字基帶系統(tǒng)與GPS天線連接，并通過高頻調(diào)制器、功率放大器與AIS天線連接；電池通過電源管理模塊分別為數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器和功率放大器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于所述的數(shù)字基帶系統(tǒng)包括用于接收位置與速度信息的GPS模塊；用于將位置、速度跟蹤器標(biāo)識(shí)號和名稱打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包的微控制器和基帶處理器；所述的微控制器控制所述高頻調(diào)制器生成所需高頻載波信號，同時(shí)控制基帶處理器生成基帶信號，基帶信號與載波信號在功率放大器混合放大后，經(jīng)由AIS天線發(fā)射出去；微控制器從GPS模塊中獲取位置、速度、 方向信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于所述的基帶處理器、GPS模塊、高頻調(diào)制器和功率放大器分別由微處理器通過三極管控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于所述的數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器、功率放大器、電池和電源管理模塊均設(shè)置在密封外殼內(nèi)并安裝于漁網(wǎng)配套的漂浮設(shè)備上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于所述的微處理器選用低功耗處理器STM32F103RBT6。
6.基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤方法，其特征在于它包括以下步驟1)設(shè)置休眠時(shí)鐘，休眠狀態(tài)下僅保留當(dāng)前位置信息；2)判斷電壓是否過低，若過低則繼續(xù)休眠；3)發(fā)出頻率鎖定指令將頻率鎖定在AIS專用頻率上，并對功率放大器進(jìn)行電壓偏置使功率放大器工作；4)GPS定位搜尋，定位成功后發(fā)射GPS信號以接收位置與速度信息；5)將GPS模塊接收到的位置與速度信息打包產(chǎn)生AIS基帶數(shù)據(jù)包，經(jīng)AIS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤方法，其特征在于所述的休眠時(shí)鐘為32. 768KHZ。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的漁網(wǎng)跟蹤儀，其特征在于它包括數(shù)字基帶系統(tǒng)，數(shù)字基帶系統(tǒng)與GPS天線連接，并通過高頻調(diào)制器、功率放大器與AIS天線連接；電池通過電源管理模塊分別為數(shù)字基帶系統(tǒng)、高頻調(diào)制器和功率放大器供電。采用與AIS兼容的通訊協(xié)議，并將自己表示為一個(gè)AIS船只，以較長的發(fā)射間隔工作，向漁船和周圍船只發(fā)射AIS標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文，漁船可以使用已經(jīng)配備的任何AIS兼容設(shè)備實(shí)現(xiàn)對其位置進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了漁網(wǎng)的遠(yuǎn)距離跟蹤，即使?jié)O網(wǎng)離開視距范圍亦可追回。
文檔編號G01S19/39GK102540224SQ201110412828
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者嚴(yán)新平, 初秀民, 馬楓 申請人:武漢理工大學(xué)