激光测距传感器在船舶避碰预警系统毕业论文

1、毕业设计（论文）报告题 目 学 院 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年级 级 指导教师 毕业教务处制表毕业学生姓名： xx填写 学号： xx填写 专业： xx填写 毕业设计（论文）题目： 指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。） 指导教师结论： （合格、不合格）指导教师姓名所在单位指导时间毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名： xx填写 学号： xx填写 专业： xx填写 毕业设计（论文）题目： 农村宅基地测量技术研究 评阅意见：

2、（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。）毕业设计（论文）评阅成绩 （百分制）： 评阅结论： （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名所在单位评阅时间论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文农村宅基地测量技术研究，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人

3、独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）： xx填写日期：xx填写年月日题目：激光测距传感器在船舶避碰预警系统摘? 要：本文设计了一种适用于中小型船只、成本较低的船舶避碰预警系统，其是以激光测距传感器和单片机控制下的双自由度云台系统为主要组成部分，从水平方向和垂直方向对船舶与周围船只的距离进行动态监测，实时发现能够对船舶航行造成干扰的“可疑物”并发送警报，提醒船舶驾驶员根据实际情况及时采取相应的避让措施。该系统的成

4、功应用为中小型船舶实现精准避碰提供了有力的技术手段。关键词：激光测距传感器;双自由度云台系统;船舶避碰预警系统0引言 目前，虽然国家加强了对船舶行船安全的管制，但船舶碰撞事故依旧时有发生。通过事故致因分析可以发现，中小型船舶堪称碰撞事故的“重灾区”。当前很多大型船舶都配备有高精度的自动测距预警系统，但安装成本过高，未能在中小型船舶上得到普及。而且也存在一些缺陷，只是单纯地设定了固定预警距离作为评判标准，而没有考虑船舶间的相对速度和相对行驶方向。1 激光测距传感器1.1 激光测距方法飞行时间法和三角法是目前激光测距技术所主要采用的方法，但基于复杂程度和成本方面的考虑，本文选择飞行时间法作为系统中

5、激光测距的基本方法。飞行时间法中的常用方法包括脉冲式和相位式。下文将对这两种测距法的测试原理与测距过程进行简要介绍，并从中选出适用于船舶避碰预警系统的测距方法。（1）脉冲式激光测距法。脉冲式激光测距的基本原理是由信号发射器向外部发射激光脉冲信号，信号在传播过程中遇到目标后反射，接收器接受反射的信号，并记录下所需的传播时间。（2）相位式激光测距法。与脉冲式激光测距法相比，相位式激光测距法采用的是一种间接的方式来测量发射信号与回收信号之间的间隔时间。该方法在发射信号之前会利用无线电波段的频率对待发射激光进行调制，完成调制后，再依据处理后的激光信号往返一次的相位延迟来计算间隔时间。1.2激光测距传感

6、器的选择1.2.1 激光测距方法的选择相比相位式激光测距法，脉冲式激光测距法测量过程相对简单，发射一次信号就能测得与目标间的距离，因此其具备功耗小、成本低的优点。根据船舶避碰对距离测量精度的实际需求，综合考虑测量速度和安装成本，选用脉冲式激光测距法作为本系统的测量方法，其精度完全能够满足要求。1.2.2 传感器的选择 船舶避碰预警系统主要应用于江面、海面等水上作业环境，因此承担主要测量功能的激光测距传感器必须满足船舶在能见度较低（如大雾天气）和夜间的工作需求，因此其必须具备既有较长的量程，又有一定的测量精度。鉴于以上考虑，本文选用瑞士Dimetix公司生产的DLS-BH15系列的T型产品。与经

7、典系列DLS-A相比，DLS-B系列产品进一步提高了测量响应速度，缩短了动态响应时间，最长的测量距离延长至500m，更能适应复杂多变的作业环境。2 单片机控制下的双自由度云台系统2.1 单片机的选择 单片机是船舶避碰预警系统的信息处理核心。一方面，单片机会接收激光测距传感器和电动云台等输入设备从外界采集的数据信息，进行高精度的计算，并做出防撞预测;另一方面，单片机会将计算、预测和判断结果传输至显示器和报警器等输出设备，由显示器动态显示目标的具体位置，由报警器进行实时监控并执行相应的报警指令。综合考虑器件的功耗和性能，本文选用的单片机型号为AT89C52（CMOS 8位）。由输入设备采集的数據信

8、息通过该型号单片机自带的RS232接口与串行口（COM）相连，可形成完整的数据采集模块。2.2 双自由度云台设计 “双自由度”的思想源于三维坐标系中的球坐标系。先考虑水平面方向，角度范围为;再考虑垂直方向，角度范围为。双自由度云台上安装有激光测距传感器，由单片机控制，以船舶本体为原点对船舶与周围船只的距离进行动态监测。3船舶避碰预警系统设计3.1 系统设计总体思路 整个系统主要由三大部分组成，包括数据采集模块、控制模块和输出模块，以单片机为硬件核心的控制模块则起到了总揽全局的作用。 数据采集模块和输出模块均服务于控制模块，听其调配，受其制约。在系统的运行过程中，单片机控制数据采集模块从外部获取

9、数据信息，云台系统负责从水平和垂直方向对船舶的行船环境进行实时扫描，安装其上的激光测距传感器则负责动态测距（测量障碍物的物距和高度），完成测量后将数据通过固定接口传输至单片机。单片机的内置微处理器会对这些数据进行相应的处理、分析和计算，进而对障碍物的位置做出判断，完成防撞预测。3.2 预警系统程序设计3.2.1 船舶周围可疑目标的定位方法 本文采用的目标定位坐标系如图1所示。图中，A代表可疑目标，O代表船舶上安装的激光测距传感器所在位置，S表示船舶与可以目标之间的相对距离，L表示可疑目标与船舶的最小距离，B为可疑目标与船舶距离最小的位置，以船舶的行驶方向设置Y轴，以与Y轴垂直的方向设置X轴，为

10、OA连线与X轴正半轴的夹角，表示船舶与可疑目标的相对速度v与X轴正半轴的夹角。 由圖1可知，OA距离小于初始安全距离S的情况下，可疑目标A在向船舶O不断靠近的时候才有报警的必要。另外，是否需要报警还与L的取值和可疑目标以相对速度v从A行驶到B所需的时间T有关。3.2.2 主程序设计 由上述定位方法可知，主程序的全过程分为船舶与可疑目标两点距离的验证、可疑目标象限位置的确定、可疑目标相对速度方向的验证、临界设定值（最终安全距离L和安全反应时间T）的验证、最终判断决策等五个部分。4 结语 本文应用激光测距传感器，设计了一种在单片机控制下的船舶避碰预警系统。该系统以激光测距传感器为主要测量工具，以双

11、自由度云台系统辅助扫描，以单片机进行全盘控制，能实时监测船舶周围的船只或障碍物，协助船舶驾驶员及时做出正确的判断，有效减少船舶与船舶之间和船舶与固定构造物之间碰撞事故的发生。该系统整体结构相对简易，安装成本也较低，适用于中小型船舶，为测距工具在行船过程中的应用开辟了新的途径。参考文献1 吴乃平.充分认识内河船舶碰撞事故的若干特性J.中国航海，2010（4）：79-84.2 迟婷婷.连续波激光雷达测距新方法的研究D.天津：天津理工大学，2013. This paper designs a low-cost ship collision avoidance early warning system

12、 suitable for small and medium-sized ships， which is mainly composed of a laser ranging sensor and a dual-degree-of-freedom pan/tilt system controlled by a single-chip microcomputer.The distance between the ship and surrounding ships is dynamically monitored in the vertical direction， and “suspicious objects” that can interfere with the navigation of the ship are detected in real time and an alarm is sent to remind the ships pilot to take appropriate avoidance measures in time according to the actual situation.The successful application of the system provides a power