(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210452778.0 (22)申请日 2022.04.27 (71)申请人 上海鹰觉科技有限公司 地址 200433 上海市浦东 新区新金桥路27 号13号楼 2层 (72)发明人 王德　林德银　 (74)专利代理 机构 上海段和段律师事务所 31334 专利代理师 李源 (51)Int.Cl. G01S 13/86(2006.01) G01S 13/91(2006.01) G01S 13/937(2020.01) G01S 7/41(2006.01) G06T 3/40(2006.01)G06T 7/33(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06V 20/52(2022.01) (54)发明名称 基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助系统 及方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于毫米波雷达的船舶 安全靠泊辅助方法和系统， 包括： 毫米波雷达在 小型船舶上的安装和标校； 毫米波雷达数据的接 入和处理； 以毫 米波雷达探测到的点目标为基础 进行聚合， 得到障碍物大致轮廓和整体运动参 数； 基于聚合信息测算障碍物距离本船的最小相 对距离和方位， 并提供播报机制； 通过图像拼接 得到船周全 景影像， 并将障碍物的实时相对距离 标注在全景影像上。 本发明应用于船舶的近距离 目标感知， 可以有效弥补船舶固有导航雷达的探 测盲区， 使船只具备全方位、 高精度的水面感知 能力， 充分保障船只在航行途中和靠泊作业过程 中的安全。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114966669 A 2022.08.30 CN 114966669 A 1.一种基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 在船体周围按照在周向上水平射束角度均布的方式安装多个毫米波雷达用于 对甲板周围 障碍物探测， 在桅杆上按照在周向上水平射束角度均 布的方式安装多个毫米波 雷达用于对桅杆周围 障碍物探测； 在桅杆上安装多个鱼眼全景摄像头用于对船周进行直观 的俯视监视； 步骤S2： 将各个毫米波雷达获取的散点数据从各自的雷达坐标系内， 进行坐标变换统 一至以船体中心为原点的笛卡尔坐标系下； 步骤S3： 将经过滤波器处理后的障碍物点云数据进行聚合， 并在雷达态势图上显示聚 合后的障碍物轮廓； 步骤S4： 通过对双鱼眼相机图像进行算法拼接， 从而获得完整的船周影 像； 步骤S5： 将雷达数据聚合后的水面障碍物位置经过坐标变换， 转换到鱼眼相机的像素 点， 从而在全景影 像上叠加障碍物相对本船的距离信息 。 2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助方法， 其特征在于， 在所 述步骤S2中， 首 先对毫米波雷达处 理进行预处理， 包括： 步骤2.1： 对毫米波雷达获取的目标障碍物的下一周期信息进行预测， 根据预测结果判 断目标的延续性； 具体的， 设目标障碍物在t时刻的状态Xt为： Xt＝[rt,vt, θt]T， 其中rt,vt, θt 分别为目标障碍物在t时刻与船舶的相对距离、 相对速度、 方位角， 根据卡尔曼滤波原理， 则 有该目标障碍物第n时刻的状态方程： Xn＝AXn‑1+W(n)， 其中， W(n)为系统噪声， T为毫米波数据刷新周期； Xn‑1为目标障碍物第 n‑1时刻的状态方程； 设Xt+1|t为根据t时刻对该目标障碍物下一时刻的状态 预测值， 将t+1 时刻获取的目标障 碍物实际状态值与根据t时刻对t+1时刻的目标障碍物状态预测值进 行对比， 从而判断目标 障碍物的有效性， 因此有 若： Xt+1‑Xt+1|t≤X0 则认为目标障碍物是有效的； 其中， 状态值的阈值X0＝[r0,v0, θ0]T， r0,v0, θ0分别为目标 障碍物与船舶的相对距离的阈值、 相对速度的阈值、 方位角的阈值； 步骤2.2： 记录目标障碍物的连续被识别次数、 出现一次丢失的次数、 连续两次丢失的 次数这三个参数， 通过三个参数的关系确定目标障碍物的状态。 3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助方法， 其特征在于， 两部 鱼眼相机安装位置固定， 相关变换矩阵参数只求 解一次。 4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助方法， 其特征在于， 以毫 米波雷达探测到的点 目标为基础进行融合， 得到障碍物轮廓和整体运动参数； 基于融合信 息测算障碍物距离本船 的最小相对距离和方位， 并提供播报机制； 通过图像拼接得到船周 全景影像； 将障碍物的实时相对距离标注在 全景影像上； 在鱼眼相机的图像拼接中， 找到两 幅图中相同的特征点， 根据相同的特征点对其中一幅图进行变换， 拼接到另一幅图上， 其权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114966669 A 2中， 特征点为雷达点云中的点。 5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助方法， 其特征在于， 目标 障碍物的状态根据其延续性， 将目标的各个阶段的状态识别为： 形成、 更新、 持续、 等待、 消 亡； 将出现一次丢失的次数大于第一阈值的目标状态识别为等待并继续监测， 将出现连续 两次丢失的次数超过第二阈值的处于等待状态目标的目标状态 识别为消亡并排除。 6.一种基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助系统， 其特 征在于， 包括： 模块M1： 在船体周围按照在周向上水平射束角度均布的方式安装多个毫米波雷达用于 对甲板周围 障碍物探测， 在桅杆上按照在周向上水平射束角度均 布的方式安装多个毫米波 雷达用于对桅杆周围 障碍物探测； 在桅杆上安装多个鱼眼全景摄像头用于对船周进行直观 的俯视监视； 模块M2： 将各个毫米波雷达获取的散点数据从各自的雷达坐标系内， 进行坐标变换统 一至以船体中心为原点的笛卡尔坐标系下； 模块M3： 将经过滤波器处理后的障碍物点云数据进行聚合， 并在雷达态势图上显示聚 合后的障碍物轮廓； 模块M4： 通过对双鱼眼相机图像进行算法拼接， 从而获得完整的船周影 像； 模块M5： 将雷达数据聚合后的水面障碍物位置经过坐标变换， 转换到鱼眼相机的像素 点， 从而在全景影 像上叠加障碍物相对本船的距离信息 。 7.根据权利要求6所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助系统， 其特征在于， 在所 述模块M2中， 首 先对毫米波雷达处 理进行预处理， 包括： 步骤2.1： 对毫米波雷达获取的目标障碍物的下一周期信息进行预测， 根据预测结果判 断目标的延续性； 具体的， 设目标障碍物在t时刻的状态Xt为： Xt＝[rt,vt, θt]T， 其中rt,vt, θt 分别为目标障碍物在t时刻与船舶的相对距离、 相对速度、 方位角， 根据卡尔曼滤波原理， 则 有该目标障碍物第n时刻的状态方程： Xn＝AXn‑1+W(n)， 其中， W(n)为系统噪声， T为毫米波数据刷新周期； Xn‑1为目标障碍物第 n‑1时刻的状态方程； 设Xt+1|t为根据t时刻对该目标障碍物下一时刻的状态 预测值， 将t+1 时刻获取的目标障 碍物实际状态值与根据t时刻对t+1时刻的目标障碍物状态预测值进 行对比， 从而判断目标 障碍物的有效性， 因此有 若： Xt+1‑Xt+1|t≤X0 则认为目标障碍物是有效的； 其中， 状态值的阈值X0＝[r0,v0, θ0]T， r0,v0, θ0分别为目标 障碍物与船舶的相对距离的阈值、 相对速度的阈值、 方位角的阈值； 步骤2.2： 记录目标障碍物的连续被识别次数、 出现一次丢失的次数、 连续两次丢失的 次数这三个参数， 通过三个参数的关系确定目标障碍物的状态。 8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助系统， 其特征在于， 两部 鱼眼相机安装位置固定， 相关变换矩阵参数只求 解一次。 9.根据权利要求8所述的基于毫米波雷达的船舶安全靠泊辅助系统， 其特征在于， 以毫权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114966669 A 3