一種基于微波調制激光探測沉潛油裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于微波調制激光探測沉潛油裝置及方法，其中裝置，包括：用于發(fā)射藍綠激光信號的激光發(fā)射器、用于產生調制微波信號的微波信號發(fā)生器、用于根據(jù)所述微波信號調制所述藍綠激光信號的電光調制器、用于調節(jié)所述藍綠激光信號發(fā)射方向的云臺、用于接收目標海域返回的藍綠激光散射信號的濾光鏡、用于將藍綠激光散射信號轉換為連續(xù)模擬電信號的光探測器以及用于根據(jù)所述連續(xù)模擬電信號確定目標海域的沉潛油信息的分析工控機；所述電光調制器一端與所述激光發(fā)射器連接，另一端與所述微波信號發(fā)生器連接，所述光探測器一端與濾光鏡連接，另一端與所述分析工控機連接。本發(fā)明實現(xiàn)了復雜水域，如存在暗礁、淺灘等水域，水中沉潛油的快速探測。
【專利說明】
一種基于微波調制激光探測沉潛油裝置與方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明實施例涉及沉潛油檢測技術領域，尤其涉及一種基于微波調制激光探測沉 潛油裝置與方法。
【背景技術】
[0002] 海上交通碰撞事故和石油化工企業(yè)在發(fā)生事故后，溢油污染的探測和清除工作意 義重大而又艱難。
[0003] 現(xiàn)有研究對水面浮油探測開展了大量的研究，但水中沉潛油的探測缺少快速、有 效手段。現(xiàn)有的水中沉潛油探測手段主要是依靠聲吶系統(tǒng)，其存在以下弊端:聲吶主要安裝 在船舶上，對于存在暗礁等區(qū)域不能進行探測;船舶移動速度相對較慢，測量效率低。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供一種基于微波調制激光探測沉潛油裝置與方法，以克服上述技 術問題。
[0005] 本發(fā)明基于微波調制激光探測沉潛油裝置，包括：
[0006] 用于發(fā)射藍綠激光信號的激光發(fā)射器、用于產生調制微波信號的微波信號發(fā)生 器、用于根據(jù)所述微波信號調制所述藍綠激光信號的電光調制器、用于調節(jié)所述藍綠激光 信號發(fā)射方向的云臺、用于接收目標海域返回的藍綠激光散射信號的濾光鏡、用于將所述 藍綠激光散射信號轉換為連續(xù)模擬電信號的光探測器以及用于根據(jù)所述連續(xù)模擬電信號 確定目標海域的沉潛油信息的分析工控機；
[0007] 所述電光調制器一端與所述激光發(fā)射器連接，另一端與所述微波信號發(fā)生器連 接，所述光探測器一端與濾光鏡連接，另一端與所述分析工控機連接。
[0008] 進一步地，還包括：
[0009] 顯示單元，所述顯示單元與所述分析工控機連接，用于顯示所述沉潛油信息。
[0010] 本發(fā)明還提供一種基于微波調制激光探測沉潛油方法，包括：
[0011] 根據(jù)微波信號發(fā)生器產生的調制微波信號在電光調制器中調制激光發(fā)射器發(fā)射 的藍綠激光信號；
[0012] 控制云臺將調制后的所述藍綠激光信號射向目標海域；
[0013] 濾光鏡接收目標海域返回的藍綠激光散射信號；
[0014] 光探測器將所述藍綠激光散射信號轉換為連續(xù)的模擬電信號；
[0015] 分析工控機根據(jù)所述模擬電信號確定所述目標海域的沉潛油信息，所述沉潛油包 括水中懸浮油和水中沉底油。
[0016] 進一步地，所述分析工控機根據(jù)所述模擬電信號確定所述目標海域的沉潛油信 息，包括：
[0017] 分析工控機將模擬電信號轉換為數(shù)字信號；
[0018] 所述分析工控機將所述數(shù)字信號通過帶通濾波器提取藍綠激光反饋信息，所述反 饋信息包括藍綠激光反射強度、反射時間；
[0019] 所述分析工控機判斷所述藍綠激光強度是否存在突變，若是，則判斷海底存在沉 底油，若否，則判斷海底不存在沉底油；
[0020] 所述分析工程機根據(jù)所述反射時間判斷海底位置信息是否存在突變，若是，則判 斷水中存在懸浮油，若否，則判斷水中不存在懸浮油。
[0021] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0022] 1、由于本發(fā)明采用激光探測設備，與聲吶系統(tǒng)相比，受海水鹽分、水溫和水壓等環(huán) 境因素影響小。
[0023] 2、由于本發(fā)明采用中的設備可實現(xiàn)機載，能夠對船舶無法到達區(qū)域進行探測，具 有對目標海域相對完整的探測能力，且機載測量效率尚。
【附圖說明】
[0024] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1為本發(fā)明基于微波調制激光探測沉潛油裝置結構示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明基于微波調制激光探測沉潛油方法流程圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明基于微波調制激光探測沉潛油方法另一流程圖。
【具體實施方式】
[0028] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029] 圖1為本發(fā)明基于微波調制激光探測沉潛油裝置結構示意圖，如圖1所示，本實施 裝置，包括：
[0030] 用于發(fā)射藍綠激光信號的激光發(fā)射器1、用于產生調制微波信號的微波信號發(fā)生 器2、用于根據(jù)所述微波信號調制所述藍綠激光信號的電光調制器3、用于調節(jié)所述藍綠激 光信號發(fā)射方向的云臺4、用于接收目標海域返回的藍綠激光散射信號的濾光鏡5、用于將 所述藍綠激光散射信號轉換為連續(xù)模擬電信號的光探測器6以及用于根據(jù)所述連續(xù)模擬電 信號確定目標海域的沉潛油信息的分析工控機7;
[0031] 所述電光調制器一端與所述激光發(fā)射器連接，另一端與所述微波信號發(fā)生器連 接，所述光探測器一端與濾光鏡連接，另一端與所述分析工控機連接。
[0032] 進一步地，還包括：
[0033]顯示單元，所述顯示單元與所述分析工控機連接，用于顯示所述沉潛油信息。
[0034]具體來說，本實施例中由濾光鏡、光電探測器與沉潛油分析工控機構成的激光采 集分析系統(tǒng)安裝在云臺上。激光發(fā)射器能夠發(fā)射450~570毫微米波段的藍綠激光，該波段 的藍綠激光具有海水吸收損耗小、對海水的穿透力強、方向性好的特點，能夠用于水下目標 探測;微波信號發(fā)生器能夠產生頻率為3GHz頻率的微波信號，同時該微波信號產生的微波 信號具有Μ序列調制特性;電光調制器以微波信號發(fā)生器產生的Μ序列調制微波信號為激光 信號強度值，用于調制激光發(fā)射器產生的藍綠激光，然后將強度調制的藍綠激光信號發(fā)射 到海水中；云臺用于控制激光發(fā)射的角度，通過調整發(fā)射角度擴大該系統(tǒng)的探測范圍，提高 探測效率。濾光鏡接收發(fā)射藍綠激光的后向散射光，并通過濾光鏡濾除450-570毫微米波段 以外雜光，獲取海面和水下目標的藍綠激光散射信息，光電探測器將濾光鏡過濾后通過的 藍綠激光回波信號的光信號轉換為連續(xù)的模擬電信號，所述沉潛油分析工控機首先將該電 信號進行數(shù)模轉換，通過帶通濾波器提取藍綠激光強度變化信息，然后將強度變化信息與 存儲的原始信息進行比對，藍綠激光強度是否存在突變，若是，則判斷海底存在沉底油，若 否，則判斷海底不存在沉底油;根據(jù)所述反射時間判斷海底位置信息是否存在突變，若是， 則判斷水中存在懸浮油，若否，則判斷水中不存在懸浮油。最后將探測到的沉潛油信息輸 出。
[0035] 圖2為本發(fā)明基于微波調制激光探測沉潛油方法流程圖，如圖2所示，本實施例方 法，包括：
[0036] 步驟101、根據(jù)微波信號發(fā)生器產生的調制微波信號在電光調制器中調制激光發(fā) 射器發(fā)射的藍綠激光信號；
[0037]步驟102、控制云臺將調制后的所述藍綠激光信號射向目標海域；
[0038] 步驟103、濾光鏡接收目標海域返回的藍綠激光散射信號；
[0039] 步驟104、光探測器將所述藍綠激光散射信號轉換為連續(xù)的模擬電信號；
[0040] 步驟105、分析工控機根據(jù)所述模擬電信號確定所述目標海域的沉潛油信息，所述 沉潛油包括水中懸浮油和水中沉底油。
[0041] 進一步地，所述分析工控機根據(jù)所述模擬電信號確定所述目標海域的沉潛油信 息，包括：
[0042] 分析工控機將模擬電信號轉換為數(shù)字信號；
[0043] 所述分析工控機將所述數(shù)字信號通過帶通濾波器提取藍綠激光反饋信息，所述反 饋信息包括藍綠激光反射強度、反射時間；
[0044] 所述分析工控機判斷所述藍綠激光強度是否存在突變，若是，則判斷海底存在沉 底油，若否，則判斷海底不存在沉底油；
[0045] 所述分析工程機根據(jù)所述反射時間判斷海底位置信息是否存在突變，若是，則判 斷水中存在懸浮油，若否，則判斷水中不存在懸浮油。
[0046] 如圖3所示，濾光鏡接收發(fā)射藍綠激光的后向散射光，并通過濾光鏡濾除450~570 毫微米波段以外雜光，獲取海面和水下目標的藍綠激光散射信息;光電探測器將濾光鏡過 濾后通過的藍綠激光轉換成電信號;沉潛油分析工控機用于根據(jù)所述光電探測器獲取的藍 綠激光回波信號得到沉潛油探測結果并輸出。在濾光鏡接收到海面及水下目標的藍綠激光 散射信號后，所述光電探測器將光信號轉換為連續(xù)的模擬電信號，沉潛油分析工控機首先 對所述光電探測器產生的電信號進行模數(shù)轉換，通過帶通濾波器提取藍綠激光強度變化信 息，然后通過對獲取的數(shù)字信號與存儲的原始信號進行相關計算，之后通過相關計算的結 果提取海面及水下目標信息，根據(jù)沉潛油對藍綠激光散射特性和海底對藍綠激光散射特性 的區(qū)別，并結合水下目標的位置信息，來設定能夠識別沉潛油的目標物位置變化量和閾值， 將所述探測到的沉潛油信息輸出。
[0047]通過相關性Η計算，
[0048] 表達式如下：
[0050] 其中是S(t)為原始信號，所述R(t)為接收到的信號，τ是延遲時間。
[0051] 水下目標位置信息通過計算目標反射信號的與發(fā)送信號的時間差，并乘以激光的 傳播速度，便可以計算出目標的距離信息。沉潛油包含懸浮油和沉底油。水下若存在懸浮 油，則懸浮油的位置信息相較與海底位置信息，會產生較大的波動，即產生一個階躍的位置 信息，可以通過此信息判斷是否存在懸浮油。對于沉底油，位置信息不會產生大的變化，但 是由于油對藍綠激光的反射系數(shù)和海底的反射系數(shù)存在很大差異，獲取的藍綠激光信號能 量差別大，為此通過閾值設定濾除海底反射信號，識別出沉底油信號。
[0052] 舉例說明，所述分析工控機判斷所述藍綠激光強度是否存在突變，若強度改變 50%以上，則判斷海底存在沉底油，若否，則判斷海底不存在沉底油;所述分析工程機根據(jù) 所述反射時間判斷海底位置信息是否存在突變，若距離變化超過〇.5m，則判斷水中存在懸 浮油，若否，則判斷水中不存在懸浮油。
[0053] 本發(fā)明提供的基于微波調制激光的水中沉潛油探測裝置及其探測方法，所述裝置 的可以通過安裝于移動載體中，實現(xiàn)復雜水域，如存在暗礁、淺灘等水域，水中沉潛油的快 速探測。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用激光探測設備，與聲吶系統(tǒng)相比，受海水鹽分、水溫和 水壓等環(huán)境因素影響小;本發(fā)明采用中的設備可實現(xiàn)機載，能夠對船舶無法到達區(qū)域進行 探測，具有對目標海域相對完整的探測能力，且機載測量效率尚。
[0054] 最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡 管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依 然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進 行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術 方案的范圍。
【主權項】
1. 一種基于微波調制激光探測沉潛油裝置，其特征在于，包括： 用于發(fā)射藍綠激光信號的激光發(fā)射器、用于產生調制微波信號的微波信號發(fā)生器、用 于根據(jù)所述微波信號調制所述藍綠激光信號的電光調制器、用于調節(jié)所述藍綠激光信號發(fā) 射方向的云臺、用于接收目標海域返回的藍綠激光散射信號的濾光鏡、用于將所述藍綠激 光散射信號轉換為連續(xù)模擬電信號的光探測器以及用于根據(jù)所述連續(xù)模擬電信號確定目 標海域的沉潛油信息的分析工控機； 所述電光調制器一端與所述激光發(fā)射器連接，另一端與所述微波信號發(fā)生器連接，所 述光探測器一端與濾光鏡連接，另一端與所述分析工控機連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括： 顯示單元，所述顯示單元與所述分析工控機連接，用于顯示所述沉潛油信息。3. -種基于微波調制激光探測沉潛油方法，其特征在于，包括： 根據(jù)微波信號發(fā)生器產生的調制微波信號在電光調制器中調制激光發(fā)射器發(fā)射的藍 綠激光信號； 控制云臺將調制后的所述藍綠激光信號射向目標海域； 濾光鏡接收目標海域返回的藍綠激光散射信號； 光探測器將所述藍綠激光散射信號轉換為連續(xù)的模擬電信號； 分析工控機根據(jù)所述模擬電信號確定所述目標海域的沉潛油信息，所述沉潛油包括水 中懸浮油和水中沉底油。4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述分析工控機根據(jù)所述模擬電信號確定 所述目標海域的沉潛油信息，包括： 分析工控機將模擬電信號轉換為數(shù)字信號； 所述分析工控機將所述數(shù)字信號通過帶通濾波器提取藍綠激光反饋信息，所述反饋信 息包括藍綠激光反射強度、反射時間； 所述分析工控機判斷所述藍綠激光強度是否存在突變，若是，則判斷海底存在沉底油， 若否，則判斷海底不存在沉底油； 所述分析工程機根據(jù)所述反射時間判斷海底位置信息是否存在突變，若是，則判斷水 中存在懸浮油，若否，則判斷水中不存在懸浮油。
【文檔編號】G01S17/02GK106093955SQ201610545429
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】李穎, 劉鵬, 侯永超, 劉瑀
【申請人】李穎