CN110133673B - 一种基于无人潜艇激光浅海测深装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于无人潜艇激光浅海测深装置，包括发射模块、接收模块和发送模块，发射模块由激光器、光纤、梯形反射面棱台和高速直流电机组成，激光器发出的激光由多束光纤导向，以不同的方向入射到梯形反射面棱台的反射面上，分别从无人潜艇底部的前方、左前方、右前方、正下方、左下方、右下方射入海底。梯形反射面棱台与梯形接收面棱台是共轴的，在接收模块中，梯形接收面棱台每个面相应的圆心角为1°，梯形接收面棱台每一梯形面作为接收基元是以1.08×107Hz接收来自海底的回光信息。在无人潜艇缓慢移动的同时，该装置实时地通过发送模块将接收到的回光信息向岸基发送。该装置结构简单，能耗少，移动灵活，适用于浅海测深。

Description

一种基于无人潜艇激光浅海测深装置
技术领域
本发明涉及利用激光进行海洋探测技术领域，特别是涉及一种基于无人潜艇激光浅海测深装置。
背景技术
从世界经济发展的历史进程来看，从内陆走向海洋是必由之路，各国为了抢占海洋经济纷纷调整海洋政策，开发海洋资源成为当今能源、交通、信息、美食等各方面的热点问题。无论是叶绿素剖面测量、油气管道设计、河口航道、缺氧区的确定，都离不开浅海深度的测量。由于目前广泛使用的船载声呐测深技术在实际测量过程中受到许多限制，船体体积膨大，不利于浅海作业，浅海海域海底地形成为空白。专利A“基于无人海洋测深艇的油电推动动力装置”(CN203937851U)公开了一种探测仪装置，包括海洋测深设备、岸台设备、船台设备，通过344MHz无线通讯方式实现高速双向无线数据通讯，其中船台设备安装在无人海洋测深艇上，实现浅水区域无人作业功能，在船台设备中包含海洋测深设备、船台测量数据采集控制终端、串口服务器、网口集线器、344M船台低频无线数传设备，海洋测深设备与船台测量数据采集控制端相连接，船台测量数据采集控制终端与串口服务器和网口集成器相连接，该网口集成器通过344M船台低频无线数传设备与344M岸台低频无线数传设备建立高速双向无线数据链，通过无线传输与远程桌面实现对船台海洋测深设备的远程控制。但是专利A采用油电推动动力，其艇相当于小船是浮于海面上，尽管具有了灵活性，但是也存在着不稳定性，不利于浅海测深。由于光在水中传播，吸收与散射相当可观，太阳辐射在大洋中1m深吸收62.3％，10m深吸收73.9％，；在近海1m深吸收77.2％，10m深吸收99.6％，因此具有方向性好、单色性好、相干性好的激光用于浅海深度测量是首选。机载激光雷达海洋测深技术的应用能较快地探测近海海域深度，但是运行成本高，所发射的激光强度大，会造成剌眼，由于从飞机发射的激光经过了空气的散射、海水的吸收、海底的漫反射，接收到的光强比海面反射的光强小5～7个数量级，所以低功率发射的激光，回光信息很弱，无法分辨来自海底的回光信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于无人潜艇激光浅海测深装置，解决了浅海海底深度测量的问题。
技术构思：(a)在潜艇中安装浅海测深设备，包括发射模块、接收模块、向岸基发送模块；(b)发射模块采用多路发射激光，接收模块采用多向接收回光信号，发送模块将接收到的回光信息及时传送至岸基信息处理中心；(c)岸基信息处理中心甄别哪些是回光信息，按各路发射各向接收信息综合绘制待测海域地形。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于无人潜艇激光浅海测深装置，包括无人潜艇以及设置在无人潜艇内部的发射模块、发送模块和接收模块，其中，无人潜艇位于海面的下方，发射模块、发送模块与接收模块都是由电缆进行连接在一起的，其中，发送模块将接收模块接收到的回光信息发送至岸基信息处理中心。
发射模块由激光器、光纤、梯形反射面棱台、高速直流电机和控制器组成，接收模块由梯形接收面棱台和接收器组成，其中，在发射模块中高速直流电机同轴驱动发射模块中的梯形反射面棱台；在接收模块中高速直流电机同轴驱动接收模块中的梯形接收面棱台；高速直流电机和控制器通过电缆相连，激光器由多路光纤导出，以不同的角度打向梯形反射面棱台，向多个方向射入海底，海底对激光漫反射，有些光射向梯形接收面棱台，经梯形接收面棱台射向接收器，由接收器接收。
进一步，多路光纤导出的光射向梯形反射面棱台后，经梯形反射面棱台后反射光分别从无人潜艇底部的前方、左前方、右前方、正下方、左下方以及右下方射入海底。反射光从不同方向射入用于测量不同方向海水深度，综合处理判断海底地形。
具体的，所述高速直流电机每秒转数为30000，梯形反射面棱台每个面对应的圆心角为1°，高速直流电机驱动梯形反射面棱台转动，光经梯形反射面棱台反射形成频率为1.08×107Hz的脉冲激光。
进一步，所述梯形反射面棱台与梯形接收面棱台是共轴的，梯形接收面棱台每个面对应的圆心角为1°，梯形接收面棱台每一梯形面作为接收基元是以1.08×107Hz的频率接收来自海底的回光信息。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于无人潜艇激光浅海测深装置，采用灵活性高的无人潜艇激光浅海测深，弥补了船载声呐海洋测深的缺陷，相比于机载激光雷达节省了大功率激光驱动成本，避免了大功率激光海面反射耀眼的问题。一种基于无人潜艇浅海测深装置，运行成本低，操作方便，是机载激光雷达近海深度测量成本的1％。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明最佳实施例的装置结构示意图。
图2是发射模块、接收模块和发送模块系统示意图。
图中：1.无人潜艇，2.发射模块，3.电缆，4.发送模块，5.接收模块，6.海面，7.海底，21.激光器，22.光纤，23.梯形反射面棱台，24.梯形接收面棱台，25.接收器，26.高速直流电机，27.控制器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的一种基于无人潜艇激光浅海测深装置，包括无人潜艇1以及设置在无人潜艇1内部的发射模块2、发送模块4和接收模块5，其中，无人潜艇1位于海面6的下方，发射模块2、发送模块4与接收模块5都是由电缆3进行连接在一起的，其中，发送模块4将接收模块5接收到的回光信息发送至岸基信息处理中心。
在图2中，发射模块2由激光器21、光纤22、梯形反射面棱台23、高速直流电机26和控制器27组成，接收模块5由梯形接收面棱台24和接收器25组成，其中，高速直流电机26和控制器27通过电缆3相连，激光器21由多路光纤22导出，以不同的角度打向梯形反射面棱台23，向多个方向射入海底7，海底7对激光漫反射，有些光射向梯形接收面棱台24，经梯形接收面棱台24射向接收器25，由接收器25接收，并通过发送模块4发送至岸基信息处理中心。控制器27用于驱动高速直流电机26，选择用CNC系列，具体实现可参见专利号为ZL201010519789.3的专利。
成功的实例，在发射模块2中，利用多个梯形反射面棱台23，反射光纤22传输的激光，结合高速直流电机26，实现兆赫兹重复频率向海底7发射脉冲激光，其中高速直流电机26每秒转数30000，梯形反射面棱台23每个面相应的圆心角为1°，高速直流电机26驱动梯形反射面棱台23转动，光经梯形反射面棱台23反射形成的激光脉冲重复频率为1.08×107Hz。梯形反射面棱台23与梯形接收面棱台24是共轴的，在接收模块中，梯形接收面棱台24每个面相应的圆心角为1°，梯形接收面棱台24每一梯形面作为接收基元是以1.08×107Hz频率接收来自海底的回光信息。其中，梯形反射面棱台23和梯形接收面棱台24均是由多个梯形镜面贴面而成，激光器21可以用多束光纤22导出激光，由于光纤容易调节激光入射方向，使得从无人潜艇1底部发出，可以向前方、左前方、右前方、正下方、左下方、右下方，多个方向入射到浅海海底，在无人潜艇1缓慢移动的同时，实时地通过发送模块将接收到的回光信息向岸基发送。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种基于无人潜艇激光浅海测深装置，其特征在于：包括无人潜艇以及设置在无人潜艇内部的发射模块、发送模块和接收模块，其中，无人潜艇位于海面的下方，发射模块、发送模块与接收模块都是由电缆进行连接在一起的，其中，发送模块将接收模块接收到的回光信息发送至岸基信息处理中心；所述发射模块由激光器、光纤、梯形反射面棱台、高速直流电机和控制器组成，接收模块由高速直流电机、梯形接收面棱台和接收器组成，其中，在发射模块中高速直流电机同轴驱动发射模块中的梯形反射面棱台；在接收模块中高速直流电机同轴驱动接收模块中的梯形接收面棱台；在发射模块中，高速直流电机和控制器通过电缆相连，激光器由多路光纤导出，以不同的角度打向梯形反射面棱台，向多个方向射入海底，海底对激光漫反射，经漫反射后的光射向梯形接收面棱台，经梯形接收面棱台射向接收器，由接收器接收；
多路光纤导出的光射向梯形反射面棱台后，经梯形反射面棱台后反射光分别从无人潜艇底部的前方、左前方、右前方、正下方、左下方以及右下方射入海底。
2.如权利要求1所述的基于无人潜艇激光浅海测深装置，其特征在于：在发射模块中，所述高速直流电机每秒转数为30000，梯形反射面棱台每个面对应的圆心角为1°，高速直流电机驱动梯形反射面棱台转动，光经梯形反射面棱台反射形成频率为1.08×107Hz的脉冲激光。
3.如权利要求2所述的基于无人潜艇激光浅海测深装置，其特征在于：所述梯形反射面棱台与梯形接收面棱台是共轴的，梯形接收面棱台每个面对应的圆心角为1°，梯形接收面棱台每一梯形面作为接收基元是以1.08×107Hz的频率接收来自海底的回光信息。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN101762817A (zh) * 2010-01-29 2010-06-30 哈尔滨工业大学 基于激光成像的高分辨率海浪微尺度波探测方法
CN102162861A (zh) * 2010-12-07 2011-08-24 桂林电子科技大学 基于太赫兹成像探测水下目标的方法及装置
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