专利名称：基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪及其方法
技术领域：
本发明涉及远洋渔业生产和海事安全领域，主要服务于远洋渔船打捞作业的渔网足艮S宗。
背景技术：
远洋捕捞作业强度大、危险性高，随着各项渔业法规的日益完善，拖网作业逐渐被自由下网作业取代，每次出海作业，一艘远洋捕捞船将携带5至8个大型渔网，下网范围达到了 3至5海里。渔网随洋流自行飘动，很容易发生渔网丢失的情况，而渔网的价格日益昂贵，渔民海上的主要作业时间都集中在看守渔网上。看守方式主要是原始的“看”，到了夜间则借助于渔网灯的灯光辅助。在恶劣天气下，传统的“看”与灯都无法满足需求，渔网一旦飘出了视距范围，就十分容易丢失。
与此同时沿海交通日益繁忙，经常穿越渔场，大型船只通行往往很难注意到渔网， 经常发生渔网拖带，渔网缠搅螺旋桨的情况，给渔民和过往船只都带来较大的经济损失，引起纠纷。
综合上述需求，远洋捕捞急需一种技术和设备，可以降低渔网看守作业强度，实现渔网跟踪的设备，并实现过往船只同时可见，从而减少船只拖带渔网事件的发生。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪及其方法，将渔网当前位置发送到渔船和其他过往船只上，使得这些船只可以通过标准AIS设备获知渔网当前位置信息。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于它包括数字基带系统，数字基带系统与GPS天线连接，并通过高频调制器、功率放大器与AIS天线连接；电池通过电源管理模块分别为数字基带系统、高频调制器和功率放大器供电。
按上述方案，所述的数字基带系统包括用于接收位置与速度信息的GPS模块；用于将位置、速度跟踪器标识号和名称打包产生AIS基带数据包的微控制器和基带处理器； 所述的微控制器控制所述高频调制器生成所需高频载波信号，同时控制基带处理器生成基带信号，基带信号与载波信号在功率放大器混合放大后，经由AIS天线发射出去；微控制器从GPS模块中获取位置、速度、方向信息。
按上述方案，所述的基带处理器、GPS模块、高频调制器和功率放大器分别由微处理器通过三极管控制。
按上述方案，所述的数字基带系统、高频调制器、功率放大器、电池和电源管理模块均设置在密封外壳内并安装于渔网配套的漂浮设备上。
按上述方案，所述的微处理器选用低功耗处理器STM32F103RBT6。
基于船舶自动识别技术的渔网跟踪方法，其特征在于它包括以下步骤
1)设置休眠时钟，休眠状态下仅保留当前位置信息；
2)判断电压是否过低，若过低则继续休眠；
幻发出频率锁定指令给VCO锁定部分，指示其将频率锁定在AIS专用频率上，并对功率放大器进行电压偏置使功率放大器工作；
4) GPS定位搜寻，定位成功后发射GPS信号以接收位置与速度信息；
5)将GPS模块接收到的位置与速度信息打包产生AIS基带数据包，经AIS网络发送。
所述的休眠时钟为32. 768KHZ。
本发明的工作过程为GPS模块给微控制器提供位置与速度信息，微控制器与基带处理器将上述信息与跟踪器标识号、名称等静态信息打包产生AIS基带数据包，经过高频调制器的调制，生成161.975/162. 025MHZ的高频信号，该信号由功放放大后由AIS天线对外辐射，实现远距离发送。电源管理模块则以电池供电为起点向各个模块供电。
渔网跟踪仪系统启动后，首先判断电源电压是否过低，如果过低则对系统进行休眠，以保护电池，防止电池过度放电；如果电池电压满足要求，则通过vco(电压控制振荡器)进行频率锁定，把频率锁定在AIS专用频率上(162MHz)；然后对功率放大器进行电压偏置，使功率放大器工作；之后GPS模块开始进行定位搜寻，如果定位成功就发射GPS信息， 如果定位失败就重新定位；发射成功之后该系统休眠3分钟，然后又重新启动。
本发明的有益效果为
1、本发明采用与AIS兼容的通讯协议，并将自己表示为一个AIS船只，以较长的发射间隔工作，向渔船和周围船只发射AIS标准报文，渔船可以使用已经配备的任何AIS兼容设备实现对其位置进行监控，实现了渔网的远距离跟踪，即使渔网离开视距范围亦可追回。
2、微控制器采用低功耗处理器STM32F103RBT6，除了微控制器外，所有其他用电元件供电都由三极管控制，在休眠模式下，完全断电；微控制器定时进入休眠模式，使用 32. 768KHZ作为休眠时钟，保持少量当前位置信息，功耗降至50uA。
3、VCO频率生成电路采用LMX2332芯片对其进行快速锁定，可将VCO锁定时间减少至500us，从而减少锁定功耗。
3、兼容了渔船上现有的AIS设备，降低了整套系统的配备难度。
4、能够向过往船只反应渔网位置，降低航行风险。


图1为本发明一实施例的系统组成图。
图2为微控制器的电路原理图。
图3为基带处理器的电路图。
图4为高频调制器的电路图。
图5为GPS模块的电路图。
图6为功率放大器的电路图。
图7为电源管理模块的电路图。
图8为本发明的工作示例图。
图9为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括数字基带系统，数字基带系统与GPS天线连接，并通过高频调制器、功率放大器与AIS天线连接；电池通过电源管理模块分别为数字基带系统、高频调制器和功率放大器供电。数字基带系统包括用于接收位置与速度信息的GPS模块；用于将位置、速度跟踪器标识号和名称打包产生AIS基带数据包的微控制器和基带处理器； 所述GPS天线、GPS模块、微控制器、基带处理器和所述高频调制器顺次连接。
图2为微控制器的电路原理图，它采用低功耗处理器STM32F103RCT6，在低功耗模式下功耗可降至3uA，同时保持20个字节的内存存储空间。如图STM32F103RCT6管脚5、6， 需连接特种晶振，通常使用IOP特征阻抗32768KHZ，此处使用6P特征阻抗32768KHZ晶振， 可以使待机功耗从IOOuA下降至luA，从而延长设备使用时间。不良影响为在100次启动中会有1到2次启动失败，但不影响机器整体使用。
图3为基带处理器的电路图，使用的基带处理器为该领域专用，功耗较高且休眠模式极易出错，为了有效降低其功耗，特设计了专用的断电电路，以保证在休眠模式下其完全不耗电。如图3中，系统电源网络为cmx7042_3. 3V_，该网络在图7中由Q6SI2301i P型场效应管控制。特别注意在于，主芯片CMX7042L4时钟频率必须使用有源晶振，方可达到 AIS需求的3PPM稳定度。但在休眠中，CMX7042L4的有源晶振必须与主芯片一起断电，以降低功耗。有源晶振耗电为ImA左右，在休眠中必须断电。
图4为高频调制器的电路图，使用典型VCO电路，为降低功耗，除了设计休眠电源开关外，电路中使用了特殊的匹配值，使其即使在正常工作状态，功耗亦可达到最低。如图 4中，主振荡管为Q25，型号为NXP的BFR540，R274与R180为钳位二极管，使Q25处于放大状态，通过提高R274与R180的值，降低了 VCO的锁定电流，但延长了 VCO的锁定时间，由于VCO主要处于休眠工作状态，这种改进不影响实际工作，但在程序中需要额外处理，等待 VCO锁定完成方可进行发射。
图5为GPS模块的电路图，使用了低功耗GPS模块，并添加了电源开关。GPS模块在使用当中，需要采用特殊的技术手段方可降低其功耗。系统中，GPS定位耗电占整个系统耗电量的80%。通常情况下，GPS耗电分为两种状态，搜寻卫星状态25mA，搜索完成正常工作10mA。对于间断工作的渔网跟踪器，GPS大部分都处于断点状态。从断电状态启动，GPS 分为冷启动与热启动，冷启动时间较长，约为2分钟；热启动较快，约为30秒。热启动有两种情况下可以实现，一为断电时间较短，20秒左右，超过20秒就将进入冷启动；第二种情况为，外部直接输入当前卫星状态，可以使其快速进入热启动状态。为了使其进入热启动，MCU 可在GPS定位后，读取GPS模块输出的星历状态，保存在前文所述20个字节的备份空间中； 当MCU休眠重启后，重备份空间中读取星历，输入GPS模块之中，就可以让GPS模块迅速进入热启动状态，从而减少搜索时间，降低功耗。
图6为功率放大器的电路图，采用RF51IOG射频功放模块，独立的电源开关使得其再休眠模式下完全断电，当且仅当发射即将启动、VCO完全锁定后，模块才启动，最大限度地降低了它的功耗。
图7为电源管理模块的电路图。
使用时，数字基带系统、高频调制器、功率放大器、电池和电源管理模块均设置在密封外壳内并安装于渔网配套的漂浮设备上。
图9为本发明的流程图，它包括以下步骤
1)设置休眠时钟32. 768KHZ，休眠状态下仅保留当前位置信息；
2)判断电压是否过低，若过低则继续休眠；
3)发出频率锁定指令将频率锁定在AIS专用频率上，并对功率放大器进行电压偏置使功率放大器工作；
4) GPS定位搜寻，定位成功后发射GPS信号以接收位置与速度信息；
5)将GPS模块接收到的位置与速度信息打包产生AIS基带数据包，经AIS网络发送。
如图8所示，本渔网跟踪仪的工作模式有如下几个组成部分若干渔网跟踪器、渔船船载AIS终端和其他船只船载AIS终端。
具体工作过程如下
1、渔网跟踪仪采用与AIS船只相同的工作模式，采用标准的登录网络模式进入 AIS通讯体系，向其他船只发送包含名称、长宽、位置、速度的19号报文，和仅包含位置、速度信息的18号报文。
2、渔船终端接收到跟踪器的信号，解析出其位置与名称，从而防止与其非本船渔网混淆，并可知其确切距离和运动速度，判断其是否漂移。
3、过往船只可将渔网解析为一条具体船只，从而实现避让。
权利要求
1.一种基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于它包括数字基带系统，数字基带系统与GPS天线连接，并通过高频调制器、功率放大器与AIS天线连接；电池通过电源管理模块分别为数字基带系统、高频调制器和功率放大器供电。
2.根据权利要求1所述的基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于所述的数字基带系统包括用于接收位置与速度信息的GPS模块；用于将位置、速度跟踪器标识号和名称打包产生AIS基带数据包的微控制器和基带处理器；所述的微控制器控制所述高频调制器生成所需高频载波信号，同时控制基带处理器生成基带信号，基带信号与载波信号在功率放大器混合放大后，经由AIS天线发射出去；微控制器从GPS模块中获取位置、速度、 方向信息。
3.根据权利要求2所述的基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于所述的基带处理器、GPS模块、高频调制器和功率放大器分别由微处理器通过三极管控制。
4.根据权利要求1所述的基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于所述的数字基带系统、高频调制器、功率放大器、电池和电源管理模块均设置在密封外壳内并安装于渔网配套的漂浮设备上。
5.根据权利要求3所述的基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于所述的微处理器选用低功耗处理器STM32F103RBT6。
6.基于船舶自动识别技术的渔网跟踪方法，其特征在于它包括以下步骤1)设置休眠时钟，休眠状态下仅保留当前位置信息；2)判断电压是否过低，若过低则继续休眠；3)发出频率锁定指令将频率锁定在AIS专用频率上，并对功率放大器进行电压偏置使功率放大器工作；4)GPS定位搜寻，定位成功后发射GPS信号以接收位置与速度信息；5)将GPS模块接收到的位置与速度信息打包产生AIS基带数据包，经AIS网络发送。
7.根据权利要求6所述的基于船舶自动识别技术的渔网跟踪方法，其特征在于所述的休眠时钟为32. 768KHZ。
全文摘要
本发明提供一种基于船舶自动识别技术的渔网跟踪仪，其特征在于它包括数字基带系统，数字基带系统与GPS天线连接，并通过高频调制器、功率放大器与AIS天线连接；电池通过电源管理模块分别为数字基带系统、高频调制器和功率放大器供电。采用与AIS兼容的通讯协议，并将自己表示为一个AIS船只，以较长的发射间隔工作，向渔船和周围船只发射AIS标准报文，渔船可以使用已经配备的任何AIS兼容设备实现对其位置进行监控，实现了渔网的远距离跟踪，即使渔网离开视距范围亦可追回。
文档编号G01S19/39GK102540224SQ201110412828
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者严新平, 初秀民, 马枫 申请人:武汉理工大学