船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术研究

第40 卷 第 9A 期舰 船 科 学 技 术

2018 年 9 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYSep. , 2018

Vol. 40, No. 9A

船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术研究

任云烨

(江苏航运职业技术学院 航海系，江苏 南通 226010)

摘 要:

我国目前阶段，雷达技术的应用范围相对广泛，特别是在海上监视领域中。其中，高频地波雷达能

够实现超视距探测与跟踪，并实时监视区域内的动态目标，但却无法准确地提供目标身份信息。而AIS，即船舶自

动识别系统的应用，则能够对监视区域内部的目标信息进行详细地检测，在识别目标类型与身份方面获得了极大的

便利。然而，AIS却无法提供非合作目标信息数据。由此可见，两者各有优缺点，在提供信息方面能够实现互补，

所以，船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术的系统化研究十分有必要。

关键词：通信；AIS；雷达

中图分类号：文献标识码：

U675.7 A

文章编号：

1672 – 7649(2018)9A – 0136 – 03 doi：10.3404/.1672 – 7649.2018.9A.046

Rearch on ais and radar information fusion technology of ship communication system

REN Yun-ye

(Department of Navigation, Jiangsu Shipping College, Nantong 226010, China)

Abstract: At prent, radar technology has a relatively wide range of applications, especially in the field of maritime

surveillance. Among them, high-frequency ground wave radar can realize over-the-horizon detection and tracking, and real-

time monitoring of dynamic targets in the area, but it can not accurately provide target identity information. The AIS, that is,

the application of the ship's automatic identification system, can detect the target information inside the surveillance area in

detail, and it is greatly convenient to identify the target type and identity. However, AIS is unable to provide non-cooperative

target information data. From this we can e that both have their own advantages and disadvantages and can complement

each other in providing information. Therefore, systematic rearch on the AIS and radar information fusion technology of

ship communication systems is very necessary.

Key words: Communications；AIS；Radar

0 引 言

新时期背景下，各国都在海上集成监视系统方面

进行了深入的研究，这些系统往往通过AIS进行集

成，并借助雷达系统进行显示出来。为了实现这一

[1 – 2]

发展目标，必须要将雷达技术与AIS技术相互结合，

充分弥补两者的缺点，才能够为海洋监测事业的发展

提供有价值的参考依据。

2）雷达技术存在近距盲区，也就是说，无法真实

地显示出近距目标图像和数据。

3）障碍物与大型船只对其后方的小目标遮挡程度

十分严重。

4）在使用雷达技术的过程中，很容易受到海浪暴

雨因素的干扰，导致小目标丢失。

5）信息数量十分有限，无法及时地提供目标船只

的标识以及具体的航行状态等相关信息。

6）雷达和通信设备难以充分结合，而且也无法和

目标船只自动地完成数据信息的交换。与此同时，人

工操作方式会消耗大量的时间，而且在语言交换信息

方面也很容易出现差错。船首向做出准确地判断。

1 雷达技术劣势分析

1）航海雷达仅能够对目标船只位置、航行方向与

平均速度进行探测，却无法对目标船只的即时速度和

收稿日期: 2018 – 07 – 22

作者简介: 任云烨(1968 – )，男，硕士，副教授，从事航海技术及船舶无线电通信研究。

第 40 卷

任云烨：船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术研究

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2 船舶通信系统中的AIS技术概述

AIS技术的应用，能够同时在2个频率上实现交替

运行，这样一来，即可有效地规避RF干扰与增加系统

容量。与此同时，还能够指配AIS的区域性使用频

率，以保证AIS技术能够在相同频率下工作，支持频

道选择和切换操作，不仅能够实现近程作业，也可以

进行远程作业。

[3 – 5]

AIS技术的数据通信原理为，选择使用时分多址

（TDMA）通信方式，进而将各信道的时间细化成固

定时间缝隙，也被称作是时隙。其中，一组时隙构成

一帧，一帧持续的时间是1 min，涵盖了多个时隙。

[6]

3 船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术

3.1 时空位置判断

为实现船舶通信系统的AIS与雷达信息的有效融

合，可以将时空粗判断的方法引入其中。雷达在海上

的探测盲区是近岸80 km范围之内，所能够探测的范

围是250~300 km之间，而且雷达扇形区域可以扫描的

角度是160°，所以其探测的范围广泛，也能够覆盖较

大的区域。在实践过程中，所有船只目标和临近小范

围之内的AIS数据存在相关性，在对整个区域内

AIS信息进行计算的过程中，运算量并不会太大。与

此同时，雷达检测结果和AIS报告信息的时间间隔过

久并不存在关联。那么，对时间粗关联门限进行设

定，就无需针对门限之外的目标作出关联性分析，以

免增加不必要的运算量。与AIS所提供的数据相比，

雷达探测船只的数量不多，因为从雷达开始，遍历

AIS信息需接受时空粗判断，将门限以外的船只排

除，尽可能地降低后期的运算量。

3.2 船舶通信系统的AIS与雷达信息融合流程

在船舶AIS系统中，为了提高其追踪运动目标的

能力，必须借助雷达，实现对运动目标状态的分析与

预测，本节主要采用了多阶控制的方法对整个AIS系

统中的时间，位置信息进行检测提取，从而准确分析

出目标的特征信息，这样通过信息融合，可以大大提

高雷达追踪目标的能力。

通过对目标位置的跟踪分析，可以得到如下运动

方程:

S

143

=ke+e,

式中，k>0。在上述的运动方程中，通过调节k的大

小，可以实现大范围的目标识别，从而可以提高雷达

识别的速度和准确度。

通过求导和数学变换，可得

S

˙

14434

=ke˙+e¨=k+e¨,

e

S

¨

13

=ke˙+,

e

(3)

4

再利用多阶控制算法，对上述的误差进行修正，

常用的一种方法就是采用滤波器对高阶的噪声信号进

行滤除，然后根据傅里叶变换，从频域中快速提取出雷

达识别到的有用信息，2种频域响应波形如图1所示。

图 1 两种频域响应波形

Fig. 1 Two frequency domain respon waveforms

通过信息融合算法，对船舶的AIS状态参数进行

综合处理，经过理论分析，可得到目标的运动特征方

程为:

Sf=Pexp2πσ

()

()

−f/2σ/,

22

√

c

2

c

式中：；v为船舶的运动速

σ=0.3f≈θ

cccB

；fsinθ

2v

λ

度；为雷达的信号波长；为系统特征常数；为雷

λθ

P

达的方向角。

为了实现信号系统的多目标融合，需要提取每个

目标的特征频率，并对这些频率信号进行多级的分

析，最终可得到其信号融合模型为：

Hf=

()

Sfe

∗−j2πft

()

0

Cf

()

,

信息融合波形如图2所示。

图 2 信息融合波形

Fig. 2 Information Fusion waveform

· 138 ·

舰 船 科 学 技 术

第 40 卷

将该信号波形分为2级后，分别得到分解信息为

H(f)H(f)

12

和：

|

H=,

1

()

f

|

2

1

Cf

()

Hf=HfSfe

2

()()()

∗∗−j2πft

1

0

,

可以发现，分解信息常被用于提高信息的信

H(f)

1

道质量，时域的信道分解图如图3所示，而常用

H(f)

2

于检测信息的失真度。

图 3 时域的信道分解图

Fig. 3 Time domain channel decomposition diagram

失真度模型为：

[]m。

∂∂

pq

F(u,v)

∂u∂v

pq

uv0pq

==

=i

(p+q)

失真度响应波形如图4所示。

4 总 结

根据上文对雷达技术和AIS技术的分析与研究可

以发现，两者具备各自的优势，但在实际应用中也存

在诸多缺陷。为此，要想进一步推动海上监测作业的

顺利开展，有必要实现两者的有效融合。将时空粗判

断引入其中，为船舶通信系统的AIS与雷达信息融合

技术的发展提供有价值的参考依据。只有这样，才能

够确保我国现代航海事业的进步。

图 4 失真度波形

Fig. 4 Distortion waveform

参考文献：

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