CN1095996C - 对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输技术领域。它由辐射测量传感器、GPS接收机、用户接收部件，一数据测量处理与传输部分前端和后端，高度表，量程切换单元、高度数据采集单元、辐射参量采集单元，状态设置及转换开关、GPS接口，报警指示单元组成。本发明数据处理速度快，体积小、重量轻、功耗低、抗干扰能力强。
Description
本发明涉及电子技术及通信系统，特别是涉及对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输技术领域。
曾经由原国家科委组织和中国科学院空间科学与应用研究中心等单位实施的航空遥感实时传输系统是将在飞机上得到的合成孔径雷达(SAR)信号，经过数据复接、数据压缩、加密处理、调制、上变频、功率放大、通过天线发射到卫星，然后再通过卫星转发站，将功率放大后转送给地面用户站。其系统框图如图1所示，其中(46)为机载站，它的功能是接收SAR信号和有关处理，(47)和(49)为卫星，(48)为转发站，它的功能是将由卫星得到的信号放大后再传输到卫星上去。(50)为用户站，它的功能是把从卫星得到的信号进行解密、解压缩等处理，然后变成SAR图像。
该系统的相关参考文献：Jing-shan Jiang，Zhongfan Fan，″Real-time DisasterMonitoring System by Using SAR″，IAF-96-C.2.02，47th InternationalAstronautical Congress，Oct.7-11，1996，Beijing.
该系统的主要局限性与不足之处是：
(1)该系统传输的为SAR雷达图像，主要用于水灾的监测；
(2)该系统采用全球定位系统(GPS)进行定位，而没有对高度进行精确测量的功能，如要对核辐射进行测量需要该设备对高度进行比较精确的测量。
(3)该系统仅为数据的传输系统，而没有对数据进行判别及自动进行数据转换功能。
(4)该系统仅能放在有人机上进行操作，而不兼有在地面、有人机、无人机、卫星上进行操作的功能。
本发明的目的之一在于提供一种对核辐射进行实时快速监测用的系统。该核辐射对人类、动物及环境产生的危害极大，因此需要对核辐射进行实时监测，以便及时处理，使其危害减小到最低限度。
本发明的目的之二是提供的对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输系统即能在地面上使用，设有无、有人机，又可在飞机上或卫星上使用来对核能源进行实时监测，使其在安全状态下运行。人类社会发展到今天已经达到了高度的物质文明，但这却是对人类赖以生存的地球资源过度利用和对环境的严重污染为代价的。为了减少污染，需要发展新的能源，而核能是最好的能源之一，今后必然会广泛地被使用，因此对核能源进行实时监测势在必行。
本发明的目的之三是对用于军事竞争和核战争目的的核辐射进行监测。这对控制核试验和核战争都是极为有利的。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的对核辐射进行实时快速监测用的辐射测量数据处理与传输系统可用在地面和天上，分为地面型、机载型和星载型，该系统由辐射测量传感器(2)、为数据测量处理与传输部分前端(简称为ARMS前端)(4)、(5)为GPS接收机、(6)为测量处理与传输部分后端(简称为ARMS后端)、(7)为用户接收部件组成。通过部分部件的组合，可使地面、机载和星载自成系统，分别可放在地面、机载和星载上进行测试。其中机载部分由图2组成，它分为有人机和无人机。机载型在图2中其中被测对象(1)和测量传感器(2)相连。高度表(3)，GPS接收机(5)和ARMS后端以及测量传感器(2)都与ARMS前端相连。ARMS前端通过无线电发送给地面接收系统(7)组成。其中第一辐射测量传感器(9)对应测量范围的上段，和第二辐射测量传感器(8)对应测量范围的下段，辐射测量传感器(8)和(9)分别由第一高压模块(12)和为第二高压模块(13)提供高压。传感器探头和量程切换(14)，由ARMS前端(4)控制处理存储单元(19)进行控制，并根据辐射测量传感器(8)和(9)的输入信号以及辐射参量采集单元(17)的上次测量结果来控制第一高压模块(12)和第二高压模块(13)，再由第一高压模块(12)和第二高压模块(13)来控制辐射测量传感器(8)和(9)的工作状态；由传感器探头和量程切换(14)送到辐射参量采集单元(17)中的信号在AMRS前端控制处理及转换开关(19)的控制下进行数据采集及处理，然后放回到AMRS前端控制处理及转换开关(19)中去；GPS接收天线(10)将接收到的卫星上的信号送到GPS接收机(15)，然后通过GPS接口(18)送到AMRS前端控制处理及转换开关(19)；高度表(11)将得到的信号送到高度数据采集单元(16)，高度数据采集单元(16)在AMRS前端控制处理及转换开关(19)的控制下进行数据采集及处理，然后放到AMRS前端控制处理及转换开关(19)中去，AMRS前端控制处理及转换开关(19)根据状态设置及转换开关(22)的设置参数将由辐射参量采集单元(17)、GPS接口(18)和高度数据采集单元(16)得到的数据进行综合处理。对于无人机型，它一方面将处理的数据送给状态设置及转换开关(22)，以改变状态设置及转换开关的参数，另一方面通过发射机数字接口(23)，将数据通过无线电或卫星传输到地面接收系统(29)。当出现自检异常，剂量率溢出，剂量率过载和剂量溢出时，则在报警状态指示(21)上显示出来，这便于故障监测和地面调试。
对于有人机系统，它除具有无人机系统的功能外，AMRS前端控制处理及转换开关(19)还根据ARMS后端通讯接口(20)的工作状态设置指令，以及状态设置及转换开关(22)送来的参数，将由辐射参量采集单元(17)、GPS接口(18)和高度数据采集单元(16)得到的数据进行综合处理，并将处理后的结果通过(20)送到ARMS后端串行口(25)，然后再送到CPU及存储单元(26)，(26)将得到的结果进行判别及进一步处理，然后在显示器(27)上显示出来，并通过打印机(24)将结果打印出来，同时操作人员根据所得到的结果可通过键盘(28)输入新的参数，存储单元(26)将输入的新参数，通过ARMS后端串行口(25)和ARMS后端通讯接口(20)再送给AMRS前端控制处理及转换开关(19)中去。
根据硬件设计，整个系统有两个CPU，因此本系统软件设计包括两部分：ARMS前端软件和ARMS后端软件。两个软件的功能及关系如图6。
该系统具有以下突出特点：A、测量传感器(2)由多个传感器探头组成，可在系统中的处理器控制下根据不同的被测核辐射剂量自动转换到合适的传感器探头上，使测量精度得到提高；B、高度表(3)的高度测量精度高，从而满足了核辐射对高度测量的精度要求；C、ARMS前端(4)和ARMS后端(6)中的处理器采用高速的处理器，使数据处理速度大大加快；D、由于软件的灵活性，可使传感器根据不同的设置自动进行传感器探头之间的转换。由于本发明的对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输系统具有在地面、空中进行测量的功能，因此又分为：(A)无人机测量传感器(2)将被测对象(1)中所测的核辐射量转化为连续脉冲输出至数据测量处理与传输系统前端(简称为ARMS前端)(4)，(4)接收高度表(3)发来的高度信息、及GPS接收机(5)送来的地理坐标和测量时间，并与(2)中送来的测量值一道复合成一批数据，暂存在(4)的存贮单元中，然后通过(4)中的无线传输实时发送给地面接收系统(7)或者通过无线传输发送给卫星，再由卫星实时发送给地面接收系统(7)，(7)按照用户要求进行处理显示及打印，并对系统的异常进行报警。(B)有人机(2)将(1)中所测的核辐射量转化为连续脉冲输出至(4)，(4)接收(3)发来的高度信息，以及(5)送来的地理坐标和测量时间，并根据测量处理与传输系统后端(简称为ARMS后端)(6)送来的工作状态设置指令，把从(2)、(3)和(5)中得到的数据复合成一批数据，暂存在(4)的存储单阏元中，然后通过天线传输或实时发送给(7)或者通过天线传输发送给卫星，再由卫星实时发送给地面接收系统(7)，(7)根据用户要求进行处理，显示打印，并对系统的异常进行报警，同时(4)也将数据送给(6)以便机上人员实时监测和观查全部测量结果。
地面机型如图3所示，它是在机载有人机系统的基础上，去掉高度表(3)而成的。
星载系统如图4所示，它和机载无人机系统完全相同，但是其传输方式是直接由无线电传输将数据实时发送给(7)。
本发明提供的对核辐射进行实时快速监测用的数据处理与传输系统具有如下功能：
(1)本发明将GPS数据、高度表数据和得到的核辐射量数据合为一体进行处理。
(2)系统具有判断及转换功能，能够根据所测到的核辐射量的大小自动进行高低探头的转换。
(3)该系统分为地面系统、机载系统和星载系统，因此可置于地面、飞机和卫星上进行核监测。
(4)它的传输方式可分为“机—星—地”传输方式、“机—地”传输方式和“地—地”传输方式。
(5)该系统的机载系统可分为有人机系统和无人机系统。
本发明提供的对核辐射进行实时快速监测用的数据处理与传输系统具有如下优点：
(1)本发明的系统上采用了高速的处理器件，数据处理速度快。同时体积小、重量轻、功耗低、抗干扰能力强。
(2)具有设有多个传感器，传感器又受控制，能实现两个辐射测量传感器的自动转换。
(3)该系统测试范围宽，可置于地面、飞机和卫星上进行核监测，并且机载型又可分为有人机和无人机。
(4)除具有GPS定位外，在机载型上又设有高度表因此可实现双重功能。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细地说明：
图1是航空遥感实时传输系统框图；
图2是本发明机载型总体结构方案图；
图3是本发明地面型总体结构方案图；
图4是本发明星载总体结构方案图；
图5是本发明机载型硬件组成框图；
图6是本发明机载软件流程框图。
图面说明如下：
(8)和(9)分别叫做第二辐射测量传感器和第一辐射测量传感器，也分别称为高探头和低探头；(10)为GPS接收天线；(11)为高度表；(12)为第一高压模块；(13)为第二高压模块；(14)为传感器探头和量程切换；(15)为GPS接收机；(16)为高度数据采集单元；(17)为辐射参量采集单元；(18)为GPS接口；(19)为ARMS前端控制处理存储单元；(20)为ARMS后端通讯接口；(21)为报警状态指示；(22)为状态设置及转换开关；(23)为发射机数字接口；(24)为打印机；(25)为ARMS后端串行口；(26)为CPU及存贮单元；(27)为显示器；(28)为键盘；(29)为地面接收系统。
实施例1：
按附图5制做一台机载的对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输系统，图6是其中软件流程图，下面详述机载型硬件组成工作过程。
第一辐射测量传感器(9)对应测量范围的上段，和第二辐射测量传感器(8)对应测量范围的下段，辐射测量传感器(8)和(9)分别由高压模块A(12)和为高压模块B(13)提供高压。传感器探头和量程切换(14)，由ARMS前端(4)控制处理存储单元(19)进行控制，并根据辐射测量传感器(8)和(9)的输入信号以及辐射参量采集单元(17)的上次测量结果来控制第一高压模块(12)和第二高压模块(13)，再由第一高压模块(12)和第二高压模块(13)来控制辐射测量传感器(8)和(9)的工作状态；由传感器探头和量程切换(14)送到辐射参量采集单元(17)中的信号在AMRS前端控制处理及转换开关(19)的控制下进行数据采集及处理，然后放回到AMRS前端控制处理及转换开关(19)中去；GPS接收天线(10)将接收到的卫星上的信号送到GPS接收机(15)，然后通过GPS接口(18)送到AMRS前端控制处理及转换开关(19)；高度表(11)将得到的信号送到高度数据采集单元(16)，(16)在AMRS前端控制处理及转换开关(19)的控制下进行数据采集及处理，然后放到AMRS前端控制处理及转换开关(19)中去，AMRS前端控制处理及转换开关(19)根据状态设置及转换开关(22)的设置参数将由辐射参量采集单元(17)、GPS接口(18)和高度数据采集单元(16)得到的数据进行综合处理。对于无人机型，它一方面将处理的数据送给状态设置及转换开关(22)，以改变状态设置及转换开关的参数，另一方面通过发射机数字接口(23)，将数据通过无线电或卫星传输到地面接收系统(29)。当出现自检异常，剂量率溢出，剂量率过载和剂量溢出时，则在报警状态指示(21)上显示出来，这便于故障监测和地面调试。
对于有人机系统，它除具有无人机系统的功能外，AMRS前端控制处理及转换开关(19)还根据ARMS后端通讯接口(20)的工作状态设置指令，以及状态设置及转换开关(22)送来的参数，将由辐射参量采集单元(17)、GPS接口(18)和高度数据采集单元(16)得到的数据进行综合处理，并将处理后的结果通过(20)送到ARMS后端串行口(25)，然后再送到CPU及存储单元(26)，(26)将得到的结果进行判别及进一步处理，然后在显示器(27)上显示出来，并通过打印机(24)将结果打印出来，同时操作人员根据所得到的结果可通过键盘(28)输入新的参数，存储单元(26)将输入的新参数，通过ARMS后端串行口(25)和ARMS后端通讯接口(20)再送给AMRS前端控制处理及转换开关(19)中去。
根据硬件设计，整个系统有两个CPU，因此本系统软件设计包括两部分：ARMS前端软件和ARMS后端软件。两个软件的功能及关系如图6所示。
对于无人机系统，首先初始化ARMS前端的硬件和预置缺省参数(见(31))，然后对ARMS进行自检(见(32))，通过自检结果，对系统工作进行判断(见(33))，若自检不下常，则将故障结果发送至地面接收系统(见(36))，由地面决策者进行决策。若字检正常，则判断系统是否开始工作(见(34))，若系统没有开始工作，则软件一直处于监测状态，直到系统开始工作为至。当系统开始工作后，就由软件启动采样电路进行采样，当完成一次采样后(见(35))，则将所得到的结果进行处理和存储(见(36))。然后通过无线电或卫星将所处理后的数据发送至地面接收(见(37))。当完成一次采样、处理、存储及发送之后，再来判断系统是否结束工作(见(38))。当系统没有结束工作时，则转到(35)，进行下一次的采样。若系统已工作结束，则将一些有关的参数生成一个测量数据文件(见(39))，然后发送至地面接收(见(40))，最后程序再返回到(32)。对于有人机系统有以下几点与无人机系统不同：a、(36)中的采样数据除送给(37)外，还送给(42)作为实时监测采样结果用；b、(39)中生成的测量数据文件除送给(40)外，还送给(44)作为数据处理和存储；c、(44)中的数据分两路送出，一路送给(45)，进行数据列表和图像显示，另一路送给(41)作为再设参数用；d、(42)和(45)的数据可送到(43)进行打印；e、(41)的功能是为ARMS后端预置参数和再设参数用。
Claims (2)
1.一种对核辐射进行实时快速测量用的数据处理及传输系统，包括辐射测量传感器、GPS接收机、用户接收部件组成，其特征在于：还包括一数据测量处理与传输部分前端和高度表，其中，第一辐射测量传感器(9)对应测量范围的上段，和第二辐射测量传感器(8)对应测量范围的下段，辐射测量传感器(8)和(9)分别由第一高压模块(12)和为第二高压模块(13)提供高压；传感器探头和量程切换(14)，由数据测量处理与传输部分前端(4)控制处理存储单元(19)进行控制，并根据辐射测量传感器(8)和(9)的输入信号以及辐射参量采集单元(17)的上次测量结果来控制第一高压模块(12)和第二高压模块(13)，再由第一高压模块(12)和第二高压模块(13)来控制辐射测量传感器(8)和(9)的工作状态；由传感器探头和量程切换(14)送到辐射参量采集单元(17)中的信号在数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)的控制下进行数据采集及处理，然后放回到数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)中去；GPS接收天线(10)将接收到的卫星上的信号送到GPS接收机(15)，然后通过GPS接口(18)送到数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)；高度表(11)将得到的信号送到高度数据采集单元(16)，高度数据采集单元(16)在数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)的控制下进行数据采集及处理，然后放到数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)中去，数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)根据状态设置及转换开关(22)的设置参数将由辐射参量采集单元(17)、GPS接口(18)和高度数据采集单元(16)得到的数据进行综合处理；它一方面将处理的数据送给状态设置及转换开关(22)，以改变状态设置及转换开关的参数，另一方面通过发射机数字接口(23)，将数据通过无线电或卫星传输到地面接收系统(29)，当出现自检异常，剂量率溢出，剂量率过载和剂量溢出时，则在报警状态指示(21)上显示出来。
2.按权利要求1所述的对核辐射进行实时快速测量用的数据处理与传输系统，其特征在于：所述的数据测量处理与传输部分还包括一个接在数据测量处理与传输部分前端上的通讯接口上的数据测量处理与传输部分后端，其中数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)还根据数据测量处理与传输部分后端通讯接口(20)的工作状态设置指令，以及状态设置及转换开关(22)送来的参数，将由辐射参量采集单元(17)、GPS接口(18)和高度数据采集单元(16)得到的数据进行综合处理，并将处理后的结果通过(20)送到数据测量处理与传输部分后端串行口(25)，然后再送到CPU及存储单元(26)，(26)将得到的结果进行判别及进一步处理，然后在显示器(27)上显示出来，并通过打印机(24)将结果打印出来，同时操作人员根据所得到的结果可通过键盘(28)输入新的参数，存储单元(26)将输入的新参数，通过数据测量处理与传输部分后端串行口(25)和数据测量处理与传输部分后端通讯接口(20)再送给数据测量处理与传输部分前端控制处理及转换开关(19)中去。
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