CN106093955A - 一种基于微波调制激光探测沉潜油装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微波调制激光探测沉潜油装置及方法，其中装置，包括：用于发射蓝绿激光信号的激光发射器、用于产生调制微波信号的微波信号发生器、用于根据所述微波信号调制所述蓝绿激光信号的电光调制器、用于调节所述蓝绿激光信号发射方向的云台、用于接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号的滤光镜、用于将蓝绿激光散射信号转换为连续模拟电信号的光探测器以及用于根据所述连续模拟电信号确定目标海域的沉潜油信息的分析工控机；所述电光调制器一端与所述激光发射器连接，另一端与所述微波信号发生器连接，所述光探测器一端与滤光镜连接，另一端与所述分析工控机连接。本发明实现了复杂水域，如存在暗礁、浅滩等水域，水中沉潜油的快速探测。

Description

一种基于微波调制激光探测沉潜油装置与方法

技术领域

本发明实施例涉及沉潜油检测技术领域，尤其涉及一种基于微波调制激光探测沉潜油装置与方法。

背景技术

海上交通碰撞事故和石油化工企业在发生事故后，溢油污染的探测和清除工作意义重大而又艰难。

现有研究对水面浮油探测开展了大量的研究，但水中沉潜油的探测缺少快速、有效手段。现有的水中沉潜油探测手段主要是依靠声呐系统，其存在以下弊端：声呐主要安装在船舶上，对于存在暗礁等区域不能进行探测；船舶移动速度相对较慢，测量效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种基于微波调制激光探测沉潜油装置与方法，以克服上述技术问题。

本发明基于微波调制激光探测沉潜油装置，包括：

用于发射蓝绿激光信号的激光发射器、用于产生调制微波信号的微波信号发生器、用于根据所述微波信号调制所述蓝绿激光信号的电光调制器、用于调节所述蓝绿激光信号发射方向的云台、用于接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号的滤光镜、用于将所述蓝绿激光散射信号转换为连续模拟电信号的光探测器以及用于根据所述连续模拟电信号确定目标海域的沉潜油信息的分析工控机；

所述电光调制器一端与所述激光发射器连接，另一端与所述微波信号发生器连接，所述光探测器一端与滤光镜连接，另一端与所述分析工控机连接。

进一步地，还包括：

显示单元，所述显示单元与所述分析工控机连接，用于显示所述沉潜油信息。

本发明还提供一种基于微波调制激光探测沉潜油方法，包括：

根据微波信号发生器产生的调制微波信号在电光调制器中调制激光发射器发射的蓝绿激光信号；

控制云台将调制后的所述蓝绿激光信号射向目标海域；

滤光镜接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号；

光探测器将所述蓝绿激光散射信号转换为连续的模拟电信号；

分析工控机根据所述模拟电信号确定所述目标海域的沉潜油信息，所述沉潜油包括水中悬浮油和水中沉底油。

进一步地，所述分析工控机根据所述模拟电信号确定所述目标海域的沉潜油信息，包括：

分析工控机将模拟电信号转换为数字信号；

所述分析工控机将所述数字信号通过带通滤波器提取蓝绿激光反馈信息，所述反馈信息包括蓝绿激光反射强度、反射时间；

所述分析工控机判断所述蓝绿激光强度是否存在突变，若是，则判断海底存在沉底油，若否，则判断海底不存在沉底油；

所述分析工程机根据所述反射时间判断海底位置信息是否存在突变，若是，则判断水中存在悬浮油，若否，则判断水中不存在悬浮油。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明采用激光探测设备，与声呐系统相比，受海水盐分、水温和水压等环境因素影响小。

2、由于本发明采用中的设备可实现机载，能够对船舶无法到达区域进行探测，具有对目标海域相对完整的探测能力，且机载测量效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于微波调制激光探测沉潜油装置结构示意图；

图2为本发明基于微波调制激光探测沉潜油方法流程图。

图3为本发明基于微波调制激光探测沉潜油方法另一流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明基于微波调制激光探测沉潜油装置结构示意图，如图1所示，本实施装置，包括：

用于发射蓝绿激光信号的激光发射器1、用于产生调制微波信号的微波信号发生器2、用于根据所述微波信号调制所述蓝绿激光信号的电光调制器3、用于调节所述蓝绿激光信号发射方向的云台4、用于接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号的滤光镜5、用于将所述蓝绿激光散射信号转换为连续模拟电信号的光探测器6以及用于根据所述连续模拟电信号确定目标海域的沉潜油信息的分析工控机7；

所述电光调制器一端与所述激光发射器连接，另一端与所述微波信号发生器连接，所述光探测器一端与滤光镜连接，另一端与所述分析工控机连接。

进一步地，还包括：

显示单元，所述显示单元与所述分析工控机连接，用于显示所述沉潜油信息。

具体来说，本实施例中由滤光镜、光电探测器与沉潜油分析工控机构成的激光采集分析系统安装在云台上。激光发射器能够发射450～570毫微米波段的蓝绿激光，该波段的蓝绿激光具有海水吸收损耗小、对海水的穿透力强、方向性好的特点，能够用于水下目标探测；微波信号发生器能够产生频率为3GHz频率的微波信号，同时该微波信号产生的微波信号具有M序列调制特性；电光调制器以微波信号发生器产生的M序列调制微波信号为激光信号强度值，用于调制激光发射器产生的蓝绿激光，然后将强度调制的蓝绿激光信号发射到海水中；云台用于控制激光发射的角度，通过调整发射角度扩大该系统的探测范围，提高探测效率。滤光镜接收发射蓝绿激光的后向散射光，并通过滤光镜滤除450-570毫微米波段以外杂光，获取海面和水下目标的蓝绿激光散射信息，光电探测器将滤光镜过滤后通过的蓝绿激光回波信号的光信号转换为连续的模拟电信号，所述沉潜油分析工控机首先将该电信号进行数模转换，通过带通滤波器提取蓝绿激光强度变化信息，然后将强度变化信息与存储的原始信息进行比对，蓝绿激光强度是否存在突变，若是，则判断海底存在沉底油，若否，则判断海底不存在沉底油；根据所述反射时间判断海底位置信息是否存在突变，若是，则判断水中存在悬浮油，若否，则判断水中不存在悬浮油。最后将探测到的沉潜油信息输出。

图2为本发明基于微波调制激光探测沉潜油方法流程图，如图2所示，本实施例方法，包括：

步骤101、根据微波信号发生器产生的调制微波信号在电光调制器中调制激光发射器发射的蓝绿激光信号；

步骤102、控制云台将调制后的所述蓝绿激光信号射向目标海域；

步骤103、滤光镜接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号；

步骤104、光探测器将所述蓝绿激光散射信号转换为连续的模拟电信号；

步骤105、分析工控机根据所述模拟电信号确定所述目标海域的沉潜油信息，所述沉潜油包括水中悬浮油和水中沉底油。

进一步地，所述分析工控机根据所述模拟电信号确定所述目标海域的沉潜油信息，包括：

分析工控机将模拟电信号转换为数字信号；

所述分析工控机将所述数字信号通过带通滤波器提取蓝绿激光反馈信息，所述反馈信息包括蓝绿激光反射强度、反射时间；

所述分析工控机判断所述蓝绿激光强度是否存在突变，若是，则判断海底存在沉底油，若否，则判断海底不存在沉底油；

所述分析工程机根据所述反射时间判断海底位置信息是否存在突变，若是，则判断水中存在悬浮油，若否，则判断水中不存在悬浮油。

如图3所示，滤光镜接收发射蓝绿激光的后向散射光，并通过滤光镜滤除450～570毫微米波段以外杂光，获取海面和水下目标的蓝绿激光散射信息；光电探测器将滤光镜过滤后通过的蓝绿激光转换成电信号；沉潜油分析工控机用于根据所述光电探测器获取的蓝绿激光回波信号得到沉潜油探测结果并输出。在滤光镜接收到海面及水下目标的蓝绿激光散射信号后，所述光电探测器将光信号转换为连续的模拟电信号，沉潜油分析工控机首先对所述光电探测器产生的电信号进行模数转换，通过带通滤波器提取蓝绿激光强度变化信息，然后通过对获取的数字信号与存储的原始信号进行相关计算，之后通过相关计算的结果提取海面及水下目标信息，根据沉潜油对蓝绿激光散射特性和海底对蓝绿激光散射特性的区别，并结合水下目标的位置信息，来设定能够识别沉潜油的目标物位置变化量和阈值，将所述探测到的沉潜油信息输出。

通过相关性H计算，

表达式如下：

$H\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_0^{T}S\left(t\right)R(t+\mathrm{\τ})dt---\left(1\right)$

其中是S(t)为原始信号，所述R(t)为接收到的信号，τ是延迟时间。

水下目标位置信息通过计算目标反射信号的与发送信号的时间差，并乘以激光的传播速度，便可以计算出目标的距离信息。沉潜油包含悬浮油和沉底油。水下若存在悬浮油，则悬浮油的位置信息相较与海底位置信息，会产生较大的波动，即产生一个阶跃的位置信息，可以通过此信息判断是否存在悬浮油。对于沉底油，位置信息不会产生大的变化，但是由于油对蓝绿激光的反射系数和海底的反射系数存在很大差异，获取的蓝绿激光信号能量差别大，为此通过阈值设定滤除海底反射信号，识别出沉底油信号。

举例说明，所述分析工控机判断所述蓝绿激光强度是否存在突变，若强度改变50％以上，则判断海底存在沉底油，若否，则判断海底不存在沉底油；所述分析工程机根据所述反射时间判断海底位置信息是否存在突变，若距离变化超过0.5m，则判断水中存在悬浮油，若否，则判断水中不存在悬浮油。

本发明提供的基于微波调制激光的水中沉潜油探测装置及其探测方法，所述装置的可以通过安装于移动载体中，实现复杂水域，如存在暗礁、浅滩等水域，水中沉潜油的快速探测。与现有技术相比，本发明采用激光探测设备，与声呐系统相比，受海水盐分、水温和水压等环境因素影响小；本发明采用中的设备可实现机载，能够对船舶无法到达区域进行探测，具有对目标海域相对完整的探测能力，且机载测量效率高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种基于微波调制激光探测沉潜油装置，其特征在于，包括：

用于发射蓝绿激光信号的激光发射器、用于产生调制微波信号的微波信号发生器、用于根据所述微波信号调制所述蓝绿激光信号的电光调制器、用于调节所述蓝绿激光信号发射方向的云台、用于接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号的滤光镜、用于将所述蓝绿激光散射信号转换为连续模拟电信号的光探测器以及用于根据所述连续模拟电信号确定目标海域的沉潜油信息的分析工控机；

所述电光调制器一端与所述激光发射器连接，另一端与所述微波信号发生器连接，所述光探测器一端与滤光镜连接，另一端与所述分析工控机连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

显示单元，所述显示单元与所述分析工控机连接，用于显示所述沉潜油信息。

3.一种基于微波调制激光探测沉潜油方法，其特征在于，包括：

根据微波信号发生器产生的调制微波信号在电光调制器中调制激光发射器发射的蓝绿激光信号；

控制云台将调制后的所述蓝绿激光信号射向目标海域；

滤光镜接收目标海域返回的蓝绿激光散射信号；

光探测器将所述蓝绿激光散射信号转换为连续的模拟电信号；

分析工控机根据所述模拟电信号确定所述目标海域的沉潜油信息，所述沉潜油包括水中悬浮油和水中沉底油。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分析工控机根据所述模拟电信号确定所述目标海域的沉潜油信息，包括：

分析工控机将模拟电信号转换为数字信号；

所述分析工控机将所述数字信号通过带通滤波器提取蓝绿激光反馈信息，所述反馈信息包括蓝绿激光反射强度、反射时间；

所述分析工控机判断所述蓝绿激光强度是否存在突变，若是，则判断海底存在沉底油，若否，则判断海底不存在沉底油；

所述分析工程机根据所述反射时间判断海底位置信息是否存在突变，若是，则判断水中存在悬浮油，若否，则判断水中不存在悬浮油。