CN115494498A - 基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法 - Google Patents
基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，包括步骤1、校准正北方向；步骤2、获取最佳参考目标高度；步骤3、获取光电距离水面的垂直高度；步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息；步骤5、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度；步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度；步骤7、光电跟踪；步骤8、实现光电的稳定实时跟踪。本发明能满足在各个水域和各个时间段的探测，且易于监测；考虑被监控船舶在光电设备响应和角度定位的预推时间，以及利用长焦一致性算法解决视场角度轴漂带来的水平角度和垂直角度误差，提高对不同大小和不同航行状态的船舶监控跟踪精度。
Description
技术领域
本发明涉及船舶监测跟踪领域，特别是一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法。
背景技术
对于岸基近海海域、港口、航道等VTS(船舶交通导航***)领域以及湖泊渔政执法***领域中，光电视频监控与雷达联动已广泛运用。目前对于监控船舶的目标信息大多来自雷达或AIS获取，比如目标的经纬度、航速、航向、船长等参数，然后根据以上参数和测量的光电高度计算出水平角俯仰角发送给光电进行控制。
然而，由于不同水域在不同时段，尤其是涨潮落潮时变化较大，导致光电距离水平面的高度也在不断变化，然后雷达将目标信息发给光电直到设备响应定位时，没有考虑目标预推，并且也没有考虑光电视场角在不断切换时轴漂所带来的的误差影响，最终会导致船舶在监控画面中所占的比例过大或过小，甚至会造成看不到船舶的情况，所以不能达到很好的监控跟踪效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，该基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法不仅可以实时获取光电距离水面的高度，而且多方考虑了各种误差出现的情况，提高了实时监控的精度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，包括如下步骤。
步骤1、校准正北方向：对均位于岸基上的雷达和光电进行正北方向的校准。
步骤2、获取最佳参考目标高度，具体包括如下步骤：
步骤2A、设置参考目标：在待监测水域设置或选取若干个依次排列的参考目标；每个参考目标均对应一种设定的水面高度。
步骤2B、雷达扫描：采用正北方向校准后的雷达对步骤2A设置的参考目标进行扫描，得到雷达回波图像。
步骤2C、雷达增强及过滤：对雷达回波图像进行增强，将位于水面下的雷达回波图像进行过滤，从而得到水面上的雷达回波图像。
步骤2D、获取参考目标高度：从水面上的雷达回波图像中筛选出最小可视雷达回波图像，作为最佳参考目标；将最佳参考目标所对应的高度，称为最佳参考目标高度。
步骤3、获取光电距离水面的垂直高度：根据光电的高度，以及步骤2获取的最佳参考目标高度，计算得到光电距离水面的垂直高度。
步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息：静态信息包括船舶高度和船舶宽度，能通过AIS获取；动态信息包括被监控船舶的经纬度、航速和航向，能通过雷达实时获取。
步骤5、获取被监控船舶当前水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
步骤5A、计算预推时间：根据光电设备响应时间和光电在转动不同角度时的定位时间，计算得到被监控船舶的预推时间。
步骤5B、预测预推经纬度：根据步骤4获取的动态信息、以及步骤5A计算的预推时间，预测被监控船舶在预推时间后的经纬度信息。
步骤5C、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度：根据光电的经纬度、光电距离水面的垂直高度、以及步骤5C的预推经纬度，计算得到被监控船舶相对于光电的水平角度和俯仰角度。
步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
步骤6A、计算光电到被监控船舶的实际距离：根据步骤3，得到当前时刻光电距离水面的实时垂直高度，计算得到光电到被监控船舶的实际距离。
步骤6B、计算被监控船舶当前视场角：利用被监控船舶的船舶高度、船舶宽度以及光电到被监控船舶的实际距离，计算得到。
步骤6C、角度修正：光电在视场角切换时，根据步骤6B计算得到的被监控船舶当前视场角以及步骤5获取的在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，利用长焦一致性算法对视场角带来的轴漂误差进行水平角度和垂直角度补偿，计算被监控船舶在考虑轴漂后的的真实水平角度和垂直角度。
步骤7、光电跟踪：根据步骤5获取的被监控船舶当前水平角度和垂直角度、以及步骤获取的被监控船舶当前视场角，调节与控制光电的水平角度、俯仰角度和视场角，实现光电对被监控船舶的跟踪。
步骤8、重复步骤3至步骤7，实现光电的稳定实时跟踪。
步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个反射体；其中，n≥8，每个反射体底部位置固定；相邻两个反射体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。
步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个漂浮体；其中，n≥8，每个漂浮体均为浮筒或者浮标；相邻两个漂浮体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。
步骤2A中设置的若干个参考目标为待监控水域的实时浪流。
步骤3、光电距离水面的垂直高度H的获取方法为：
A、当参考目标为反射体时，步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像对应的反射体，也称最佳反射体；则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝H1-H2
式中，H1为DGPS测量的光电高度，H2为DGPS测量的最佳反射体高度。
B、当参考目标为漂浮体时，n个漂浮体对应的高度从低至高依次为H10、H11、H12、……、H1n；相邻两个漂浮体对应一个回波强度范围；步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像所在的回波强度范围，也称最佳回波强度范围；设最佳回波强度范围所对应的相邻两个漂浮体的高度分别为H10和H11，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝(H10+H11)/2
C、当参考目标为实时浪流时，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝H1-H0-H3
式中，H1为DGPS测量的光电高度，H0为DGPS测量的水面岸边高度，H3为被监测船舶目标区域提取的浪流高度。
步骤5A中，预推时间T的计算公式为：
T＝t1+L/ω
式中，t1为光电设备响应时间；L为光电需转动的总角度；ω为光电每秒转动的角度。
步骤5C中，先根据被监控船舶经过预推后到达的经纬度和光电的经纬度，计算待监控船舶的宽度与光电之间的水平距离d和被监控船舶相对于光电的水平角度P；接着，计算被监控船舶相对于光电的俯仰角度Q，则俯仰角度Q的计算公式为：
Q＝arctan(H/d)
式中，H为光电距离水面的垂直高度。
步骤6B中，被监控船舶当前视场角z的计算公式为：
z＝Θ/rate
式中，Θ表示光电设备的视场角，rate表示被监控船舶在光电设备显示界面的占空比。步骤6B中，光电设备视场角Θ，根据待监控船舶的宽度w进行设置，具体设置方法为：
(a)当w≥h时，则光电设备视场角Θ的计算公式为：
Θ＝2*atan(w/(2*Dis))*180/π
其中：
Dis＝sqrt(d2+H2)
(b)当w＜h时，则光电设备视场角Θ的计算公式为：
Θ＝2*atan(h/(2*Dis))*180/π
式中，h为待监控船舶的高度；Dis为光电到被监控船舶的实际距离。
步骤6C中，利用长焦一致性算法对视场角轴漂带来的水平角度和俯仰角度误差进行补偿修正的方法，包括如下步骤：
步骤6C1、最大视场显示：在光电视频中选取一个固定目标参考点，接着，将光电的视场角调整至最大视场角Zmax，并调整光电界面，使固定目标参考点在光电界面的中间进行显示。
步骤6C2、最小视场角显示：将光电的视场角从Zmax调整至最小视场角Zmin，并调整光电界面，使使步骤6C1中的固定目标参考点，依然在光电界面的中间进行显示；记录此时的最大水平修正角度P0，以及最大俯仰修正角度Q0。
步骤6C3、计算水平长焦修正角P1：水平长焦修正角P1为利用长焦一致性算法对当前被监控船舶目标在水平方向的修正角，能避免视场角轴漂带来的水平角度的偏差；水平长焦修正角P1的计算公式为：
P1＝P0(Z-Zmin)/(Zmax-Zmin)
步骤6C4、计算垂直长焦修正角Q1：垂直长焦修正角Q1为利用长焦一致性算法对当前被监控船舶目标在垂直方向的修正角，能避免视场角轴漂带来的垂直角度的偏差；垂直长焦修正角Q1的计算公式为：
Q1＝Q0(Z-Zmin*S)/(Zmax*S-Zmin*S)
式中，Z是当前被监控船舶目标的视场角；S为视场因子。
步骤6C4中，当光电设备采用热成像时，视场因子S取值为3/4；当光电设备采用可见光时，视场因子S取值为9/16。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过扫描一组等间距不同长度反射体来间接实时获取光电距离水面的高度，满足在各个水域和各个时间段进行探测，极大地减少了成本并给定基准易于监测。
2、本发明考虑目标预推时间、光电响应定位时间以及利用长焦一致性算法解决轴漂，能提高对于不同大小和不同航行状态的船舶监控跟踪精度。
附图说明
图1显示了本发明一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法的流程图。
图2显示了采用反射体作为参考目标计算光电距离水面的垂直高度H的示意图。
图3显示了光电设备视场角的计算原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，包括如下步骤。
步骤1、校准正北方向：对均位于岸基上的雷达和光电进行正北方向的校准。
本实施例中，优选采用如下方法进行校准。
首先利用DGPS测量雷达和光电的经度、纬度、高度，分别选取在光电附近不同方位不同距离的多个参考地物目标，分别对每个参考目标进行如下操作：
控制光电使参考目标位于光电图像画面的中心位置；调节光电的最广角获取此时待测目标的水平角；根据光电经纬度信息与待测目标的经纬度信息计算距离方位，对待测目标进行水平角进行修正，记录水平角偏差值。
最后将各组的水平角偏差值求取平均来完成对雷达和光电正北方向的校准。
步骤2、获取最佳参考目标高度，具体包括如下步骤。
步骤2A、设置参考目标：在待监测水域设置或选取若干个依次排列的参考目标。
上述参考目标，优选有如下三种优选实施例。
实施例1
上述若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个反射体；其中，n≥8，优选n＝10，每个反射体底部位置固定；相邻两个反射体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计，本实施例中，默认相邻的反射体高度差为10cm。
每个上述参考目标均对应一种设定的水面高度，具体利用DGPS测量每个反射体的经纬度和高度等定位信息。
实施例2
上述若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个漂浮体；其中，n≥8，，优选n＝10。每个漂浮体均优选为浮筒或者浮标；相邻两个漂浮体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。本实施例中，默认相邻的漂浮体高度差为10cm。
实施例3
上述若干个参考目标为待监控水域的实时浪流。
步骤2B、雷达扫描：采用正北方向校准后的雷达对步骤2A设置的参考目标进行扫描，得到雷达回波图像。
步骤2C、雷达增强及过滤
优选采用FFT相干积累技术对雷达回波图像进行增强，并利用CFAR和慢门限筛选参考目标，将位于水面下的雷达回波图像进行过滤，从而得到水面上的雷达回波图像。
步骤2D、获取参考目标高度：从水面上的雷达回波图像中筛选出最小可视雷达回波图像，作为最佳参考目标；将最佳参考目标所对应的高度，称为最佳参考目标高度。
当参考目标为浪流时，通过基于相参雷达慢扫模式下的浪流信息提取方法专利中，对多功能雷达扫描的浪流高度信息进行实时获取。
步骤3、获取光电距离水面的垂直高度：根据光电的高度，以及步骤2获取的最佳参考目标高度，计算得到光电距离水面的垂直高度。
上述光电距离水面的垂直高度H的获取方法优选为：
A、当参考目标为反射体时，如图2所示，步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像对应的反射体，也称最佳反射体；则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝H1-H2
式中，H1为DGPS测量的光电高度，H2为DGPS测量的最佳反射体高度。
B、当参考目标为漂浮体时，通过选取浮筒或者浮标作为参考目标，首先利用多功能雷达扫描浮筒或者浮标的回波强度，DGPS测量此时浮筒或者浮标的经度、纬度、高度信息。
统计在一天不同时段中n组浮筒或者浮标的回波强度和高度信息；然后将n组高度信息以每组高度差默认为10cm进行预设分段，并分别记录下此时各高度段下回波的强度范围。
n个漂浮体对应的高度从低至高依次为H10、H11、H12、……、H1n；相邻两个漂浮体对应一个回波强度范围。
当对船舶进行监测跟踪时，根据当前时刻雷达扫描的浮筒或者浮标回波强度确定所在的回波强度范围，将该回波强度范围下对应的平均高度信息作为参考目标的实时高度。
步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像所在的回波强度范围，也称最佳回波强度范围；设最佳回波强度范围所对应的相邻两个漂浮体的高度分别为H10和H11，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝(H10+H11)/2
最后根据DGPS测量的光电高度信息和浮筒或浮标的高度信息求取光电距离水面的相对高度；通过水域中已有的条件浮筒或者浮标，来获取光电距离水面的垂直高度，操作简单，但测量的精度略低于第一种方法。
C、当参考目标为实时浪流时，
首先利用DGPS测量水面岸边的高度H0和光电高度H1。
接着，基于多功能雷达利用雷达慢扫模式下的浪流信息提取方法，对被监测船舶目标区域提取浪流高度信息H2。
因而，光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝H1-H0-H3
式中，H1为DGPS测量的光电高度，H0为DGPS测量的水面岸边高度，H3为被监测船舶目标区域提取的浪流高度。
通过对被监控船舶目标区域进行慢扫增加积累，提取浪流信息，操作简单，但实时性和测量精度略低于第一种方法。
步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息：静态信息包括船舶高度和船舶宽度，能通过AIS获取；动态信息包括被监控船舶的经纬度、航速和航向，能通过雷达实时获取。雷达的实时位置信息是用来计算被监控船舶相对于光电设备的水平角度及水平距离。
步骤5、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
步骤5A、计算预推时间：根据光电设备响应时间和光电在转动不同角度时的定位时间，计算得到被监控船舶的预推时间。
上述预推时间T的计算公式优选为：
T＝t1+L/ω
式中，t1为光电设备响应时间；L为光电需转动的总角度；ω为光电每秒转动的角度。
步骤5C中，先根据被监控船舶经过预推后到达的经纬度和光电的经纬度，计算待监控船舶的宽度与光电之间的水平距离d和被监控船舶相对于光电的水平角度P；接着，计算被监控船舶相对于光电的俯仰角度Q，则俯仰角度Q的计算公式为：
Q＝arctan(H/d)
式中，H为光电距离水面的垂直高度。
步骤5B、预测预推经纬度：根据步骤4获取的动态信息、以及步骤5A计算的预推时间，预测被监控船舶在预推时间后的经纬度信息。
步骤5C、获取被监控船舶当前水平角度和垂直角度：根据光电的经纬度、光电距离水面的垂直高度、以及步骤5C的预推经纬度，计算得到被监控船舶相对于光电的水平角度和俯仰角度。
步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤。
步骤6A、计算光电到被监控船舶的实际距离：根据步骤3，得到当前时刻光电距离水面的实时垂直高度，计算得到光电到被监控船舶的实际距离。
步骤6B、计算被监控船舶当前视场角：利用被监控船舶的船舶高度、船舶宽度以及光电到被监控船舶的实际距离，计算得到。
上述被监控船舶当前视场角z的计算公式为：
z＝Θ/rate
式中，Θ表示光电设备的视场角，rate表示被监控船舶在光电设备显示界面的占空比。
上述光电设备视场角Θ，根据待监控船舶的宽度w进行设置，如图3所示，设置方法优选为：
(a)当w≥h时，则光电设备视场角Θ的计算公式为：
Θ＝2*atan(w/(2*Dis))*180/π
其中：
Dis＝sqrt(d2+H2)
(b)当w＜h时，则光电设备视场角Θ的计算公式为：
Θ＝2*atan(h/(2*Dis))*180/π
式中，h为待监控船舶的高度；Dis为光电到被监控船舶的实际距离。
步骤6C、角度修正：光电在视场角切换时，根据步骤6B计算得到的被监控船舶当前视场角以及步骤5获取的在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，利用长焦一致性算法对视场角带来的轴漂误差进行水平角度和垂直角度补偿，计算被监控船舶在考虑轴漂后的的真实水平角度和垂直角度。
上述利用长焦一致性算法对视场角轴漂带来的水平角度和俯仰角度误差进行补偿修正的方法，包括如下步骤：
步骤6C1、最大视场显示：在光电视频中选取一个固定目标参考点，接着，将光电的视场角调整至最大视场角Zmax，并调整光电界面，使固定目标参考点在光电界面的中间进行显示。
步骤6C2、最小视场角显示：将光电的视场角从Zmax调整至最小视场角Zmin，并调整光电界面，使使步骤6C1中的固定目标参考点，依然在光电界面的中间进行显示；记录此时的最大水平修正角度P0，以及最大俯仰修正角度Q0。
步骤6C3、计算水平长焦修正角P1：水平长焦修正角P1为利用长焦一致性算法对当前被监控船舶目标在水平方向的修正角，能避免视场角轴漂带来的水平角度的偏差；水平长焦修正角P1的计算公式为：
P1＝P0(Z-Zmin)/(Zmax-Zmin)
步骤6C4、计算垂直长焦修正角Q1：垂直长焦修正角Q1为利用长焦一致性算法对当前被监控船舶目标在垂直方向的修正角，能避免视场角轴漂带来的垂直角度的偏差；垂直长焦修正角Q1的计算公式为：
Q1＝Q0(Z-Zmin*S)/(Zmax*S-Zmin*S)
式中，Z是当前被监控船舶目标的视场角；S为视场因子。
当光电设备采用热成像时，上述视场因子S优选取值为3/4；当光电设备采用可见光时，视场因子S优选取值为9/16。
步骤7、光电跟踪：根据步骤5获取的被监控船舶当前水平角度和垂直角度、以及步骤获取的被监控船舶当前视场角，调节与控制光电的水平角度、俯仰角度和视场角，实现光电对被监控船舶的跟踪。最后利用长焦一致性算法计算出的水平修正角度以及俯仰的修正角度后，当每次对监控船舶目标联动时都进行角度修正。
步骤8、重复步骤3至步骤7，实现光电的稳定实时跟踪。
本发明利用DGPS测量雷达和光电的经度、纬度、高度，并对雷达和光电进行正北方向的校准；采用FFT相干积累技术增强雷达回波，利用CFAR和慢门限筛选参考目标；利用多功能雷达实时获取光电距离水面的垂直高度；利用AIS获取被监控船舶的船舶高度和船舶宽度；利用多功能雷达实时获取被监控船舶的经纬度、航速、航向；考虑光电设备响应时间和角度定位时间，预测计算被监控船舶当前的经纬度，然后通过光电的经纬度和光电距离水面的实时垂直高度，计算被监控船舶相对于光电的水平角和俯仰角；根据被监控船舶的船舶高度、船舶宽度以及光电到被监控船舶的实际距离，计算被监控船舶当前视场角度，利用长焦一致性算法对视场角带来的轴漂误差进行水平角度和垂直角度补偿，计算被监控船舶的真实水平角度和垂直角度；控制光电调节至对应水平角度、俯仰角度、视场角度；重复上述步骤，实现一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪；本发明的优势在于：通过多功能雷达实时获取光电距离水面的垂直高度，满足在各个水域和各个时间段进行探测，极大地减少了成本并给定基准易于监测；考虑被监控船舶在光电设备响应和角度定位的预推时间，以及利用长焦一致性算法解决视场角度轴漂带来的水平角度和垂直角度误差，提高了对于不同大小和不同航行状态的船舶监控跟踪精度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、校准正北方向：对均位于岸基上的雷达和光电进行正北方向的校准；
步骤2、获取最佳参考目标高度，具体包括如下步骤：
步骤2A、设置参考目标：在待监测水域设置或选取若干个依次排列的参考目标；每个参考目标均对应一种设定的水面高度；
步骤2B、雷达扫描：采用正北方向校准后的雷达对步骤2A设置的参考目标进行扫描，得到雷达回波图像；
步骤2C、雷达增强及过滤：对雷达回波图像进行增强，将位于水面下的雷达回波图像进行过滤，从而得到水面上的雷达回波图像；
步骤2D、获取参考目标高度：从水面上的雷达回波图像中筛选出最小可视雷达回波图像，作为最佳参考目标；将最佳参考目标所对应的高度，称为最佳参考目标高度；
步骤3、获取光电距离水面的垂直高度：根据光电的高度，以及步骤2获取的最佳参考目标高度，计算得到光电距离水面的垂直高度；
步骤4、获取被监控船舶的静态信息和动态信息：静态信息包括船舶高度和船舶宽度，能通过AIS获取；动态信息包括被监控船舶的经纬度、航速和航向，能通过雷达实时获取；
步骤5、获取被监控船舶在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
步骤5A、计算预推时间：根据光电设备响应时间和光电在转动不同角度时的定位时间，计算得到被监控船舶的预推时间；
步骤5B、预测预推经纬度：根据步骤4获取的动态信息、以及步骤5A计算的预推时间，预测被监控船舶在预推时间后的经纬度信息；
步骤5C、获取被监控船舶当前水平角度和垂直角度：根据光电的经纬度、光电距离水面的垂直高度、以及步骤5C的预推经纬度，计算得到被监控船舶相对于光电的水平角度和俯仰角度；
步骤6、获取被监控船舶在考虑轴漂后的真实水平角度和垂直角度，具体包括如下步骤：
步骤6A、计算光电到被监控船舶的实际距离：根据步骤3，得到当前时刻光电距离水面的实时垂直高度，计算得到光电到被监控船舶的实际距离；
步骤6B、计算被监控船舶当前视场角：利用被监控船舶的船舶高度、船舶宽度以及光电到被监控船舶的实际距离，计算得到；
步骤6C、角度修正：光电在视场角切换时，根据步骤6B计算得到的被监控船舶当前视场角以及步骤5获取的在考虑时间预推后的当前水平角度和垂直角度，利用长焦一致性算法对视场角带来的轴漂误差进行水平角度和垂直角度补偿，计算被监控船舶在考虑轴漂后的的真实水平角度和垂直角度；
步骤7、光电跟踪：根据步骤5获取的被监控船舶当前水平角度和垂直角度、以及步骤获取的被监控船舶当前视场角，调节与控制光电的水平角度、俯仰角度和视场角，实现光电对被监控船舶的跟踪；
步骤8、重复步骤3至步骤7，实现光电的稳定实时跟踪。
2.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个反射体；其中，n≥8，每个反射体底部位置固定；相邻两个反射体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。
3.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤2A中设置的若干个参考目标为等间距从低至高依次排列的n个漂浮体；其中，n≥8，每个漂浮体均为浮筒或者浮标；相邻两个漂浮体之间的高度差根据待监控水域的地理位置、以及涨潮落潮下的平均幅值进行设计。
4.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤2A中设置的若干个参考目标为待监控水域的实时浪流。
5.根据权利要求2或3或4所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤3、光电距离水面的垂直高度H的获取方法为：
A、当参考目标为反射体时，步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像对应的反射体，也称最佳反射体；则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝H1-H2
式中，H1为DGPS测量的光电高度，H2为DGPS测量的最佳反射体高度；
B、当参考目标为漂浮体时，n个漂浮体对应的高度从低至高依次为H10、H11、H12、……、H1n；相邻两个漂浮体对应一个回波强度范围；步骤2D中的最佳参考目标为最小可视雷达回波图像所在的回波强度范围，也称最佳回波强度范围；设最佳回波强度范围所对应的相邻两个漂浮体的高度分别为H10和H11，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝(H10+H11)/2
C、当参考目标为实时浪流时，则光电距离水面的垂直高度H的计算公式为：
H＝H1-H0-H3
式中，H1为DGPS测量的光电高度，H0为DGPS测量的水面岸边高度，H3为被监测船舶目标区域提取的浪流高度。
6.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤5A中，预推时间T的计算公式为：
T＝t1+L/ω
式中，t1为光电设备响应时间；L为光电需转动的总角度；ω为光电每秒转动的角度；
步骤5C中，先根据被监控船舶经过预推后到达的经纬度和光电的经纬度，计算待监控船舶的宽度与光电之间的水平距离d和被监控船舶相对于光电的水平角度P；接着，计算被监控船舶相对于光电的俯仰角度Q，则俯仰角度Q的计算公式为：
Q＝arctan(H/d)
式中，H为光电距离水面的垂直高度。
7.根据权利要求1所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤6B中，被监控船舶当前视场角z的计算公式为：
z＝Θ/rate
式中，Θ表示光电设备的视场角，rate表示被监控船舶在光电设备显示界面的占空比。
8.根据权利要求7所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤6B中，光电设备视场角Θ，根据待监控船舶的宽度w进行设置，具体设置方法为：
(a)当w≥h时，则光电设备视场角Θ的计算公式为：
Θ＝2*atan(w/(2*Dis))*180/π
其中：
Dis＝sqrt(d2+H2)
(b)当w＜h时，则光电设备视场角Θ的计算公式为：
Θ＝2*atan(h/(2*Dis))*180/π
式中，h为待监控船舶的高度；Dis为光电到被监控船舶的实际距离。
9.根据权利要求7所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤6C中，利用长焦一致性算法对视场角轴漂带来的水平角度和俯仰角度误差进行补偿修正的方法，包括如下步骤：
步骤6C1、最大视场显示：在光电视频中选取一个固定目标参考点，接着，将光电的视场角调整至最大视场角Zmax，并调整光电界面，使固定目标参考点在光电界面的中间进行显示；
步骤6C2、最小视场角显示：将光电的视场角从Zmax调整至最小视场角Zmin，并调整光电界面，使使步骤6C1中的固定目标参考点，依然在光电界面的中间进行显示；记录此时的最大水平修正角度P0，以及最大俯仰修正角度Q0；
步骤6C3、计算水平长焦修正角P1：水平长焦修正角P1为利用长焦一致性算法对当前被监控船舶目标在水平方向的修正角，能避免视场角轴漂带来的水平角度的偏差；水平长焦修正角P1的计算公式为：
P1＝P0(Z-Zmin)/(Zmax-Zmin)
步骤6C4、计算垂直长焦修正角Q1：垂直长焦修正角Q1为利用长焦一致性算法对当前被监控船舶目标在垂直方向的修正角，能避免视场角轴漂带来的垂直角度的偏差；垂直长焦修正角Q1的计算公式为：
Q1＝Q0(Z-Zmin*S)/(Zmax*S-Zmin*S)
式中，Z是当前被监控船舶目标的视场角；S为视场因子。
10.根据权利要求9所述的基于多功能雷达的光电高精度智能船舶监测跟踪方法，其特征在于：步骤6C4中，当光电设备采用热成像时，视场因子S取值为3/4；当光电设备采用可见光时，视场因子S取值为9/16。
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