基於聲紋識別的海上無線電呼救自動尋址裝置的製作方法
2023-05-09 06:23:11
本實用新型涉及海上無線電設備領域，特別為一種基於聲紋識別的海上無線電呼救自動尋址裝置。
背景技術：
隨著海洋經濟的發展，開發和利用海洋資源的步伐加快，國際航運事業得到飛速的發展，船舶大型化、自動化和高速化趨勢日趨明顯，海上船舶活動更加頻繁，海上遇險概率也在不斷增加。海難大多為突發事故，海上航行遇到大風浪、大霧等惡劣氣象和海況，以及突發的翻船、碰撞、觸礁、擱淺、火災等原因均可能導致艦船沉沒。雖然目前海上衛星定位系統已經普遍應用於各種船舶,但若發生海難還是經常無法確定船舶位置。
目前我國海上搜救信息主要來源於以下幾個渠道：①過往船舶報警。②AIS信息報警③船舶自帶的無線電呼救信號報警④海上衛星定位系統報警⑤岸基雷達掃描發現⑥其他一些常用手段。
而如何快速搜尋檢測遇險目標，並對檢測到的目標進行甄別和確認成為快速有效搜救的關鍵,海上險情無線電信息的獲取與交流是成功組織、協調搜救行動的前提。上述所描述的現有海上船舶搜救信息收集方式雖然可以將發生突發事件的位置信息告訴施救人員，但我們均無法與遇難船舶直接進行語言勾通了解發生的情況及需要救助的內容,並且在實際工作中，基於各種原因和心態，誤報警或報假警現象時有發生，作為海事緊急救援部門，因無法將呼救信號與船舶位置一一對應，目前尚無有效辦法辨別報警呼救真偽。因此傳統的救援方式都是拉網式地毯搜救，存在搜救時間長，成功率低，人力資源耗費大等問題。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於：克服上述所存在的問題,提供一種能夠實現對船舶求救無線電信號的自動定位及真偽驗證的基於聲紋識別的海上無線電呼救自動尋址裝置。
本實用新型通過如下技術方案實現：一種基於聲紋識別的海上無線電呼救自動尋址裝置，其特徵在於：包括殼體、設置於殼體內部的主板以及設置於殼體內部並用於為主板供電的電源；
所述殼體上設有用於連接AIS天線的AIS天線接口以及用於連接無線電監測測向天線的測向天線接口；
所述主板上設有用於分析處理數據並確認船舶位置的終端控制模塊；與終端控制模塊連接並用於採集船舶AIS信息的AIS信息採集模塊，AIS信息採集模塊的接收端與AIS天線接口連接；與終端控制模塊連接並用於識別接收到的無線電信號聲紋特徵的聲紋信息處理模塊；以及分別與聲紋信息處理模塊及終端控制模塊連接並用於接收無線電信號的無線電定位測向數據接收模塊，無線電定位測向數據接收模塊的接收端與測向天線接口連接。
其工作過程如下：
①當無線電定位測向數據接收模塊監聽收到海上無線電呼救信號時將該海上無線電呼救信號傳輸至聲紋信息處理模塊，聲紋信息處理模塊提取出無線電呼救信號中的聲紋信息並自動生成測試數據傳輸至終端控制模塊，終端控制模塊收到測試數據後被觸發從而開始工作；
②終端控制模塊將接收到的測試數據與內部存儲的由聲紋特徵信息和對應船舶MMSI號所構成的存儲詞條進行比對；
若測試數據與終端控制模塊中存儲的其中一條船舶聲紋特徵信息比對一致，則提取該船舶相應的MMSI號並轉入步驟⑥；
若在終端控制模塊所儲存的存儲詞條中搜索不到匹配的聲紋特徵信息或匹配到多條聲紋特徵信息時，則轉入步驟③；
③終端控制模塊控制無線電定位測向數據接收模塊進行測向，獲取無線電信號的測向信息，並與測向線上船舶AIS信息中船舶地理信息進行匹配；
若匹配不一致則自動進入休眠，等待下次重新被觸發；
若匹配到一艘船舶的信息時，自動提取所匹配到的該船舶MMSI號並轉到步驟④；
若匹配到多艘船舶的信息時則轉到步驟⑤；
④終端控制模塊將匹配到的該船舶MMSI號提取並與測試數據一併生成新的存儲詞條儲存在終端控制模塊中，同時利用該測試數據替換掉內部原有存儲的與該船舶MMSI號對應的存儲詞條，同時刪除其他具有相同聲紋特徵信息的其他存儲詞條，而後轉入步驟⑥；
⑤獲取的多艘船舶MMSI號，分別與測試數據結合形成新的存儲詞條，將新形成的存儲詞條逐一與原有的含有相同聲紋特徵信息的存儲詞條進行比對；
若無重複，則說明無法定位，只能作為比較信息，待下次該船舶再次在新位置講話時重新判斷，因而終端控制模塊將自動進入休眠，等待下次重新觸發；
若只重複一條，說明已實現船舶的MMSI號和聲紋特徵信息唯一性的對應，其效果相當於實現兩個常規無線電測向站的交叉定位，船舶定位指向性十分明確，因而保留這一存儲詞條，並刪除內部原有存儲的含有相同聲紋特徵信息的其他存儲詞條，避免因通訊人員在不同船舶交流造成數據的失效，保證存儲模塊的存儲詞條的最新和準確，而後轉入步驟⑥；另外內部存儲器還可以通過行政管理手段，在船舶工作人員出港前先行提取聲紋特徵信息，將其與工作船舶的MMSI號進行混合編碼，並以人工輸入方式增加存儲詞條；
若重複多條，說明無法定位，因而保留這些重複的存儲詞條，並刪除存儲模塊中已有的含有相同聲紋特徵信息的其他存儲詞條以減少無效信息，而後終端控制模塊自動進入休眠，等待下次重新觸發；
⑥終端控制模塊依據該船舶MMSI號控制AIS信息採集模塊適時查詢最新船舶的AIS信息來確認該正在無線電呼救船舶的地理信息，從而確認出該船舶的地址並輸出顯示。
為了更好的實施本方案,還提供如下優化方案：
進一步的，所述終端控制模塊包括用於分別控制AIS信息採集模塊、聲紋信息處理模塊和無線電定位測向數據接收模塊的MCU單元模塊；用於接收聲紋信息處理模塊的傳輸數據並觸發MCU單元模塊的觸發單元模塊，觸發單元模塊的接收端與聲紋信息處理模塊的數據輸出端連接，觸發單元模塊的輸出端與MCU單元模塊的信號觸發端連接；以及與MCU單元模塊連接並用於存儲船舶相應聲紋特徵信息和船舶MMSI號數據的存儲模塊。
①當無線電定位測向數據接收模塊監聽收到海上無線電呼救信號時將該海上無線電呼救信號傳輸至聲紋信息處理模塊，聲紋信息處理模塊提取出無線電呼救信號中的聲紋信息並自動生成測試數據傳從而使觸發單元模塊觸發MCU單元模塊開始工作；
②MCU單元模塊將接收到的測試數據與內部存儲的由船舶聲紋特徵信息和相應船舶MMSI號所構成存儲詞條中的聲紋特徵信息進行比對；
若測試數據與存儲模塊中儲存的其中一條存儲詞條中的船舶聲紋特徵信息比對一致，則提取該存儲詞條中相應的船舶MMSI號並轉入步驟⑥；
若在存儲模塊所儲存的存儲詞條中搜索不到匹配的聲紋特徵信息或匹配到多條聲紋特徵信息時，則轉入步驟③；
③MCU單元模塊控制無線電定位測向數據接收模塊進行測向，獲取無線電信號的測向信息，並與測向線上船舶AIS信息中船舶地理信息進行匹配；
若匹配不一致MCU單元模塊自動進入休眠，等待下次重新觸發；
若到一艘船舶的信息時，自動提取所匹配到的該船舶MMSI號並轉到步驟④；
若匹配到多艘船舶的信息時則轉到步驟⑤；
④MCU單元模塊將匹配到的該船舶MMSI號提取並與測試數據一併生成新的存儲詞條儲存在存儲模塊中，同時利用該測試數據替換掉存儲模塊中原有的與該船舶MMSI號對應的存儲詞條，同時刪除其他具有相同聲紋特徵信息的其他存儲詞條，而後轉入步驟⑥；
⑤獲取的多艘船舶MMSI號，分別與測試數據結合形成新的存儲詞條，將新形成的存儲詞條逐一與原有的含有相同聲紋特徵信息的存儲詞條進行比對；
若無重複，則MCU單元模塊自動進入休眠，等待下次重新觸發；
若只重複一條，則保留這一存儲詞條，並刪除存儲模塊中原有的含有相同聲紋特徵信息的其他存儲詞條，轉入步驟⑥；
若重複多條，則保留這些重複的存儲詞條，並刪除存儲模塊中已有的含有相同聲紋特徵信息的其他存儲詞條，而後MCU單元模塊自動進入休眠，等待下次重新觸發；
⑥MCU單元模塊依據該船舶MMSI號控制AIS信息採集模塊適時查詢最新船舶的AIS信息來確認該正在無線電呼救船舶的地理信息，從而確認出該船舶的地址並輸出顯示。
優選的，所述觸發單元模塊由用於檢測聲紋信息處理模塊是否發出脈衝數位訊號的數據檢波模塊以及用於觸發MCU單元模塊的時基電路構成，數據檢波模塊的數據接收端與聲紋信息處理模塊的數據輸出端連接，數據檢波模塊的數據輸出端與時基電路的接收端連接，時基電路的輸出端與MCU單元模塊的信號觸發端連接。
優選的，所述AIS信息採集模塊為AIS接收機。
優選的，所述聲紋信息處理模塊為聲紋特徵識別模塊。
優選的，所述無線電定位測向數據接收模塊為無線電測向定位接收機。
優選的，為了達到對本實用新型防水的目的：所述殼體為防水殼體。
優選的，由於本實用新型主要安裝地點在海岸線附近，為了達到防止水浸造成設備損失的目的：本實用新型還包括浸水報警裝置，浸水報警裝置包括用於感應殼體內積水的浸水監測模塊以及報警器，浸水監測模塊與報警器及電源連接，當浸水監測模塊監測到殼體內存在積水時自動關閉電源並控制報警器發出警報。
優選的，所述殼體的外表面上還設有顯示器，顯示器與終端控制模塊的數據輸出端連接。
較之前技術而言，本實用新型的有益效果為：
1.本實用新型通過聲紋識別無線電呼叫信號，進而在了解遇險情況的通話過程中實時準確定位出發生突發狀況時的船舶位置坐標信息，有別於目前的海事監聽，可以實現海事監聽所不能做到的「看得見，聽得著」功能，有助於全面了解海上遇險船舶周邊情況，成功組織、協調搜救行動；
2.本實用新型通過聲紋識別，提供一種實用性好、採用多手段相互驗證的精確定位，成功地彌補了目前無線電測向定位設備測向精度限制以及對同頻無線電信號無法定位的不足，使得基於聲紋識別的海上無線電呼救自動尋址成為可能；
3.本實用新型將聲紋識別技術與AIS信息結合，使得海事管理部門在海上管理過程中更直觀了解海上船舶運行情況。特別是針對惡意關閉AIS系統的船舶，本實用新型可以根據其對外聯絡時的無線電對講信號，獲得準確的船舶船名等具體信息，作為行政執法依據，是AIS信息管理系統有效補充；
4.本實用新型可通過標準接口與現有的海事部門使用的監聽調度系統、AIS信息管理系統、以及雷達系統很好的結合，從而開發出廣泛應用於港口調度、海上救援、海域管制、突發事件應急處理等功能。
附圖說明
圖1為本實用新型立體示意圖；
圖2為本實用新型截面示意圖；
圖3為本實用新型電路框圖。
標號說明：1-殼體、2-主板、3-電源、4-AIS天線接口、5-測向天線接口、6-顯示器、7-報警器、8-浸水監測模塊。
具體實施方式
下面結合附圖說明對本實用新型做詳細說明：
本實用新型包括殼體1、設置於殼體1內部的主板2以及設置於殼體1內部並用於為主板2供電的電源3；
所述殼體1上設有用於連接AIS天線的AIS天線接口4以及用於連接無線電監測測向天線的測向天線接口5；
所述主板2上設有用於分析處理數據並確認船舶位置的終端控制模塊；與終端控制模塊連接並用於採集船舶AIS信息的AIS信息採集模塊，AIS信息採集模塊的接收端與AIS天線接口4連接；與終端控制模塊連接並用於識別接收到的無線電信號聲紋特徵的聲紋信息處理模塊；以及分別與聲紋信息處理模塊及終端控制模塊連接並用於接收無線電信號的無線電定位測向數據接收模塊，無線電定位測向數據接收模塊的接收端與測向天線接口5連接。
進一步的，所述終端控制模塊包括用於分別控制AIS信息採集模塊、聲紋信息處理模塊和無線電定位測向數據接收模塊的MCU單元模塊；用於接收聲紋信息處理模塊的傳輸數據並觸發MCU單元模塊的觸發單元模塊，觸發單元模塊的接收端與聲紋信息處理模塊的數據輸出端連接，觸發單元模塊的輸出端與MCU單元模塊的信號觸發端連接；以及與MCU單元模塊連接並用於存儲船舶相應聲紋特徵信息和船舶MMSI號數據的存儲模塊。
進一步的，所述觸發單元模塊由用於檢測聲紋信息處理模塊是否發出脈衝數位訊號的數據檢波模塊以及用於觸發MCU單元模塊的時基電路構成，數據檢波模塊的數據接收端與聲紋信息處理模塊的數據輸出端連接，數據檢波模塊的數據輸出端與時基電路的接收端連接，時基電路的輸出端與MCU單元模塊的信號觸發端連接。
這裡,時基電路通常為555時基電路。
進一步的，所述AIS信息採集模塊為AIS接收機。建議採用市場主流的羅德與施瓦茨DDF255測向設備。
進一步的，所述聲紋信息處理模塊為聲紋特徵識別模塊。建議採用VINGTECH或科大訊飛的聲紋識別開發模塊等。
進一步的，所述無線電定位測向數據接收模塊為無線電測向定位接收機。建議採用SR162 AIS接收機或FT-8700 AIS接收機等。
進一步的，所述殼體1為防水殼體。
進一步的，本實施例還包括浸水報警裝置，浸水報警裝置包括用於感應殼體1內積水的浸水監測模塊8以及報警器7，浸水監測模塊8與報警器7及電源3連接，當浸水監測模塊8監測到殼體1內存在積水時自動關閉電源3並控制報警器7發出警報。
進一步的，所述殼體1的外表面上還設有顯示器6，顯示器6與終端控制模塊的數據輸出端連接。
儘管本實用新型採用具體實施例及其替代方式對本實用新型進行示意和說明，但應當理解，只要不背離本實用新型的精神範圍內的各種變化和修改均可實施。因此，應當理解除了受隨附的權利要求及其等同條件的限制外，本實用新型不受任何意義上的限制。