CN110261860B - 适用于森林与草原火源探测的无源可控频谱光量子雷达 - Google Patents
适用于森林与草原火源探测的无源可控频谱光量子雷达 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种无源可控频谱光量子雷达装置，包括：雷达防护罩，其顶部设有防护罩顶盖，底部设有底座，底座上开有连接机械扫描云台紧固孔和出线口，中部设有防潮防尘六方形支撑筒；六方形支撑筒内设有圆锥形光量子雷达天线，圆锥形光量子雷达天线底部设有带纳米频率窗口的无源可控频谱光量子矩阵馈源；无源可控频谱光量子矩阵馈源通过馈线与MCU自适应智能控制系统电连接；MCU自适应智能控制系统安装在MCU电路板仓室中，MCU自适应智能控制系统设有电性控制线，电性控制线包括电源线和通信线经过线孔连接到机械扫描云台。本发明为抢险救灾提供早期预警和精确坐标信息探测，提高抢险救灾效率、减少抢险救灾人员的伤亡和经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及量子探测及量子信息领域，尤其涉及一种适用于森林与草原火源探测的无源可控频谱光量子雷达及其应用方法。
背景技术
森林火灾属于世界性自然灾害。据不完全统计，全世界平均每年发生森林火灾＞22万起，烧毁各种森林＞1640万公顷。我国森林面积为2.58亿公顷，天然草原面积为3.93亿公顷，每年因火灾造成的损失≥1000亿元人民币，国家投入森林消防领域的经费约为100亿/年。
森林与草原火灾在产生巨大的经济损失的同时还对大气造成严重的污染。林木生物物质的燃烧也增加了全球温室气体的排放量，是造成地球大环境污染的重要因素，给人类生存造成严重的影响。有效高精度的森林、草原广域“火险”监测报警技术与装备的开发研制，是一项在森林、草原防火领域中的世界性技术研究课题。
目前，广泛使用在森林、草原等环境的火灾火源探测的火灾报警的主流技术为“视频成像图像识别”技术。视频成像图像识别技术受到环境和光照度变化的影响，不能实现全天候实时监测的技术需求。近十年来，采用了辅助被动红外光谱成像图像识别技术(即双光成像图像识别技术)，基本实现了昼夜全天候监测的技术需求，但仍属视频成像与图像识别技术范畴。工作状态中存在长聚焦循环调焦技术带来的巡航扫描监测时间长,实时环境动态图像数据的识别和处理量大、实时高清图像数据的传输占用大量的通信资源。系统受环境动态参数变化的影响而导致装置系统误报和漏报率的概率较高、火点定位精度误差不可控等技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，根据森林、草原等环境的火灾火源探测报警的实际需求，依据实时火源产生的物理信息特征，本发明设计了一种具有对广谱离散光量子粒子流进行全天候、可控频谱、有效动态监测的无源光量子雷达装置。该装置集圆锥形光量子雷达天线、可控光谱光量子矩阵馈源、频率窗口、能量窗口、时间窗口、静态/动态扫描技术为一体，为林区、草原等环境的火灾报警提供一种超大距离地面三维空间火源探测的无源可控光谱光量子雷达装置。
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明公开了一种无源可控频谱光量子雷达装置，包括：雷达防护罩，雷达防护罩顶部设有防护罩顶盖，底部设有底座，底座上开有连接机械扫描云台紧固件孔和过线孔，中部设有防潮防尘六方形支撑筒；所述六方形支撑筒内设有圆锥形光量子雷达天线，所述圆锥形光量子雷达天线底部设有带纳米频率窗口的无源可控频谱光量子矩阵馈源；所述无源可控频谱光量子矩阵馈源通过馈线与MCU自适应智能控制系统电连接；所述MCU自适应智能控制系统安装在MCU电路板仓室中，MCU自适应智能控制系统设有电性控制线，所述电性控制线包括电源线和通信线经过线孔连接到机械扫描云台控制系统。
更进一步地，所述圆锥形光量子雷达天线进一步包括：由6套单体圆锥形光量子天线，分别在水平轴向上按60°相位均匀分布，安装在所述六方形支撑筒内。
更进一步地，所述圆锥形光量子雷达天线的入射角为55°±5°，口径为248mm±100mm,所述圆锥形光量子雷达天线内壁设有真空蒸镀化学反应法制成的镜面涂层，圆锥形光量子雷达天线底部设有无源可控频谱光量子矩阵馈源。
更进一步地，所述的无源可控频谱光量子矩阵馈源进一步包括：由6至24颗具有纳米级波长的光量子传感器按矩阵排列安装在所述圆锥形光量子雷达天线的底部，通过引线连接到MCU自适应智能控制系统。
更进一步地，所述的MCU自适应智能控制系统进一步包括：由MCU微处理器、频率窗口模块电路、时间窗口模块电路、能量窗口模块电路、静态/动态扫描监测转换模块、光电转换模块电路、通信模块电路、4G/无线通信天线及供电模块电路组成；所述MCU微处理器通过控制总线与机械扫描云台控制系统的脉冲电机驱动模块电路连接；所述MCU微处理器通过信号总线与机械扫描云台控制系统信号采集模块电路连接，所述MCU微处理器通过信号总线分别与频率窗口模块电路、时间窗口模块电路、能量窗口模块电路、静态/动态扫描监测转换模块、光电转换模块电路、通信模块电路连接；所述供电模块电路的输入与机械扫描云台控制系统连接，所述供电模块电路的输出分别与MCU微处理器、频率窗口模块电路、时间窗口模块电路、能量窗口模块电路、光电转换模块电路、通信模块电路连接；所述通信模块电路的无线接口与4G/无线通讯天线连接、所述通信模块电路的网络接口与INTERNET/LAN连接。
更进一步地，由MCU微处理器电控连接到静态/动态扫描监测转换模块电路，对机械扫描云台控制系统进行静态/动态扫描监测实时控制。
更进一步地，所述无源可控频谱光量子雷达装置安装在森林、草原或室外超大空间环境中，在所述雷达内的有效范围内进行单极、偶极和/或多极安装，根据平面几何与立体解析几何的扇形面积和GIS的综合数学建模，系统可自适应获得到单位时间内的监测面积和巡航监测的动态角度；在有效监测面积内根据曲线参数方程得到火源点到本发明装置安装点的直线距离，获得相对应的直线方程；通过与GIS综合数学建模的导向，获得有效监测三维空间出现火源点在效监测面积内的地理坐标数据信息。
本发明与现有技术相比，因设有圆锥形光量子雷达天线、多组合无源可控光谱光量子矩阵馈源，在巡航监测时不需要进行聚焦调焦过程，在实现360°巡航监测时提高≥10倍的巡航监测速度。提高了火情报警实时性，雷达系统的警情确认时间≤3min；使用本发明，因设有“频率窗口”、“时间窗口”、“能量窗口”与GIS的综合建模技术，降低了雷达系统的误报漏报率，雷达系统的报警准确率可达98％以上；使用本发明，因设有“单极”、“偶极”、“多极”装置布局，在三维空间平面几何与立体解析几何建模的支撑下，可实现在被监测的三维空间出现的火源点进行平面坐标自动区域性定位、并实时输出火源点三维空间平面坐标数据和报警信息，定位精度为探测半径的1％；使用本发明，因设有静态/动态扫描监测转换模块技术，在静态监测时机械扫描云台处在睡眠状态，机械扫描云台的使用寿命提高了≥10倍，降低雷达装置的运行值守功率耗损90％；使用本发明，选择在本装置技术范围内安装，可实现在林区和草原、地面上三维空间中任意坐标有效点上出现的火源进行巡航探测、可控频谱光量子数据采集，并适时输出火源点三维空间平面坐标数据和报警信息，实现自适应全天候三维空间火情信息智能探测与无人值守消防报警的功能，巡航监测有效面积≤10000公顷。为森林、草原和室外大空间的火情报警、“火灾”抢险救灾提供早期预警和火源点的精确坐标信息探测，提高抢险救灾效率、减少抢险救灾人员的伤亡和经济损失。在森林和草原的“火灾”早期发现早期预防和抢险救灾领域中具有现实意义。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的无源可控频谱光量子雷达装置的结构示意图；
图2是本发明的一实施例中的雷达防护罩的结构图；
图3是本发明的一实施例中的防护罩顶盖的结构示意图；
图4是本发明的一实施例中的防护罩六方形支撑筒的结构示意图；
图5是本发明的一实施例中的防护罩底座的结构示意图；
图6是本发明的一实施例中的MCU电路板仓室的结构示意图；
图7是本发明的一实施例中的机械扫描云台的结构示意图；
图8是本发明的一实施例中的光量子雷达天线的结构示意图；
图9是本发明的一实施例中的无源可控频谱光量子矩阵馈源的结构示意图；
图10是本发明的一实施例中的MCU系统电路框图；
图11是本发明的一实施例中(单极)火源点三维空间平面投影坐标系建模示意图；
图12是本发明的一实施例中(偶极)火源点三维空间平面投影坐标系建模示意图；
图13是本发明的一实施例中(多极)火源点三维空间平面投影坐标系建模示意图；
图14是本发明的无源可控频谱光量子雷达装置的单极雷达系统拓朴图；
图15是本发明的无源可控频谱光量子雷达装置的偶极雷达系统拓朴图；
图16是本发明的无源可控频谱光量子雷达装置的多极系统拓朴图。
具体实施方式
实施例一
在物质燃烧时，随着温度的升高会产生大量的广谱光源信号，根据爱因斯坦提出的光量子理论：光和原子电子一样具有粒子性即波粒双重性；光是以光速(Cem)运动的粒子流，这种粒子叫光量子，同普朗克的能量子一样，每个光量子的能量也是：
E＝hf (1)
根据相对论的质能关系式，每个光子的动量为：
P＝E/C＝h/λ； (λ＝1/f) (2)
式中h表示普朗克常量、P表示能量、f表示频率、λ表示波长。
所以光量子的能量P与频率f成正比，即频率f越高P越大。
光速(Cem):
式中，Cem为电磁波在空气中的传播速度，μ0为真空磁导率、
ε0为真空介电常数。
麦克斯韦在经典电磁波理论中指出“光的本质就是一种电磁波”。光量子的传播遵循三条基本定律：
①光线的直线传播定律，即光在均匀媒介中沿直线方向传播；
②光的独立传播定律，既两束光在传播途中相遇时互不干扰，仍按各自的途径继续传播，而当两束光会聚于同一点时，在该点上的光能量是简单的相加；
③反射定律和折射定律，反射光线、入射光线和法线在同一平面上(三线共一面)；反射光线和入射光线分别位于法线两侧(两线异侧)；反射角等于入射角(两角相等)。
电磁波在无阻介质中传播时，以光速传播，用简明归一的方法表述直达波与反射波二种。
按照坡印廷定理：
(电磁波的能流密度称为坡印廷矢量)
(电磁场波动方程)
上式中：D为矢量，表示电通量密度；B为矢量，表示磁通量密度；
E为矢量，表示电场强度；H为矢量，表示磁场强度。
合理利用平面几何与立体解析几何定律，可获得地面上三维空间中光源点的坐标数据，提供高光量子源点坐标信息的测量精度。
平面几何与立体解析几何定律：
扇形面积：
曲线参数方程：[x＝ρcosθ；y＝ρsinθ] (7)
直线(点线距离)方程：
[p＝x0cosθ+y0sinθ；d＝|x0cosθ+y0sinθ-p|] (8)
式中，S为监测面积；ρ为监测面积的半径；θ为扇形面积的夹角；(x0；y0)为起始点坐标，p为任意一直线垂直于起始点(x0；y0)的距离；d为两坐标点之间的距离。
物理光学米氏散射定义认为：
当引起散射的大气粒子的直径远大于入射波长(d>>λ)时，出现无选择性散射。其散射强度与波长无关。大气中水滴、尘埃的散射属此类。
光量子通过纯净媒质时，由于构成该媒质的分子密度涨落而产生被散射的现象。分子散射的光强度和入射光的波长有关，但散射光的波长仍和入射光相同。
吸收光谱的吸收强度是用Lambert(朗伯)—Beer(比尔)定律来描述的，这个定律可以用下面的公式来表示：
A＝Lg(I0/I)＝Lg(L/T) (9)
式中A称为吸光度；I0是入射光的强度；I是透过光的强度；T＝I/I0为透射比，又称为透光率或透过率，用百分数表示。L是光在传输媒介中经过的距离。
参照图1-10所示的结构，在此基础上，本发明合理利用物质燃烧过程中会产生大量的广谱光源信号的物理特性，采用可控光谱光量子雷达探测装置技术，达到对火源UV光谱的物理信息进行快速探测的技术方法。所述光量子可控光谱雷达探测装置，由雷达防护罩1、均匀分布在水平轴向360°上的圆锥形光量子雷达天线2、无源可控频谱光量子矩阵馈源3、安装在MCU电路板仓室4中的MCU自适应智能控制系统6、机械扫描云台控制系统5组成。所述雷达防护罩1设有由防护罩顶盖1-1、防潮防尘六方形支撑筒1-3、防护罩底座1-2组成,为圆锥形光量子雷达天线和可控光谱光量子矩阵馈源提供安装环境(如图2、图3、图4、图5所示)，底座上开有连接机械扫描云台紧固件孔1-2-1和过线孔1-2-2。所述圆锥形光量子雷达天线2设有由6套圆锥形雷达天线(2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6，如附图中：图4、图8所示)，按60°的间距安装在雷达防护罩1内，组成360°相控阵天线。所述MCU自适应智能控制系统6(如附图中：图10所示)设有MCU微处理器6-1、频率窗口模块电路6-2、时间窗口模块电路6-3、能量窗口模块电路6-4、光电转换模块电路6-6、静态/动态扫描监测转换模块6-5、通信模块电路6-7、供电模块电路6-8；所述MCU微处理器6-1通过控制总线6-1-1与机械扫描云台控制系统5的脉冲电机驱动模块电路5-1连接；所述MCU微处理器6-1通过数据总线6-1-2与机械扫描云台控制系统5信号采集模块电路5-2连接；所述供电模块电路6-8的输入与机械扫描云台控制系统5连接、所述供电模块电路6-8的输出分别与MCU微处理器6-1、频率窗口模块电路6-2、时间窗口模块电路6-3、能量窗口模块电路6-4、光电转换模块电路6-6、通信模块电路6-7连接；所述MCU微处理器6-1上设有控制总线6-1-1通过过线孔连接到机械扫描云台控制系统5；所述MCU微处理器6-1上设有的数据总线6-1-2通过过线孔连接到机械扫描云台控制系统5；所述MCU微处理器6-1上设有电性通信线6-1-3连接到通信模块电路6-7；所述通信模块电路6-7通过无线接口6-7-1连接到4G/天线，实现无线电通信；所述通信模块电路6-7通过网络接口6-7-3连接到INTERNET/LAN，实现有线通信；所述MCU自适应智能控制系统6与机械扫描云台控制系统5连接，实现静态/动态转换扫描监测功能。雷达静态监测时，对360°的监测范围内的火源进行无盲区实时监测和数据采集，雷达动态监测时，在MCU自适应智能控制系统6的控制下驱动机械扫描云台的启动，对360°的监测范围内的火源点进行实时的扫描监测和坐标确认(如附图中：图11、图12、图13所示)。本发明中采用了具有圆锥形光量子雷达天线、多组合矩阵馈源设计。所述圆锥形光量子雷达天线通过通信电线连接到MCU自适应智能控制系统6上；所述MCU自适应智能控制系统6中设有频率窗口模块、能量窗口模块、时间窗口模块、静态/动态扫描监测转换模块；所述频率窗口模块电路6-2与矩阵馈源构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6进行可控光谱的物理信息进行阈值识别和捕获；所述能量窗口模块电路6-4与无源可控频谱光量子矩阵馈源3构成对物质燃烧过程中所产生的广谱光量子离散粒子流的采集并经MCU自适应智能控制系统6进行光量子能量积分和峰值处理，提高雷达装置的增益；所述时间窗口模块电路6-3与无源可控频谱光量子矩阵馈源3构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6为雷达装置提供时域标准。实现该装置快速、准确的火源探测，结合后台控制中心的GIS技术，实现火警坐标信息报警的技术要求。
实施例二
本实施例是通过以下原理实现的：
扇形面积：
曲线参数方程：[x＝ρcosθ；y＝ρsinθ] (7)
直线(点线距离)方程：
[p＝x0cosθ+y0sinθ；d＝|x0cosθ+y0sinθ-p|] (8)
式中，S为监测面积；ρ为监测面积的半径；θ为扇形面积的夹角；(x0；y0)为起始点坐标，p为任意一直线垂直于起始点(x0；y0)的距离；d为两坐标点之间的距离。
研究表明：合理利用平面几何与立体解析几何定律，获得地面三维空间中火源的坐标数据。
本实施例，无源可控频谱光量子雷达装置安装在某林区(参照图11、图12、图13)。
图中：R1、R2、R3均为雷达装置；H1、H2分别为模拟火源点；L1、L2分别为雷达装置到H1、H2模拟火源点的距离。所述光量子可控光谱雷达探测装置，由雷达防护罩1、均匀分布在水平轴向360°上的圆锥形光量子雷达天线2、无源可控频谱光量子矩阵馈源3、安装在MCU电路板仓室4中的MCU自适应智能控制系统6、机械扫描云台控制系统5组成。所述雷达防护罩1设有由防护罩顶盖1-1、防潮防尘六方形支撑筒1-3、防护罩底座1-2组成。为圆锥形光量子雷达天线和可控光谱光量子矩阵馈源提供安装环境(如附图中：图2、图3、图4、图5所示)。所述圆锥形光量子雷达天线2设有由6套圆锥形雷达天线，按60°的间距安装在雷达防护罩1内，组成360°相控天线。所述MCU自适应智能控制系统6设有MCU微处理器6-1、频率窗口模块电路6-2、时间窗口模块电路6-3、能量窗口模块电路6-4、光电转换模块电路6-6、静态/动态扫描监测转换模块6-5、通信模块电路6-7、供电模块电路6-8；所述MCU微处理器6-1通过控制总线6-1-1与机械扫描云台控制系统5的脉冲电机驱动模块电路5-1连接；所述MCU微处理器6-1通过数据总线6-1-2与机械扫描云台控制系统5信号采集模块电路5-2连接；所述供电模块电路6-8的输入与机械扫描云台控制系统5连接、所述供电模块电路6-8的输出分别与MCU微处理器6-1、频率窗口模块电路6-2、时间窗口模块电路6-3、能量窗口模块电路6-4、光电转换模块电路6-6、通信模块电路6-7连接；所述MCU微处理器6-1上设有控制总线6-1-1通过过线孔连接到机械扫描云台控制系统5；所述MCU微处理器6-1上设有的数据总线6-1-2通过过线孔连接到机械扫描云台控制系统5；所述MCU微处理器6-1上设有电性通信线6-1-3连接到通信模块电路6-7。所述通信模块电路6-7通过无线接口6-7-1连接到4G/天线，实现无线电通信；所述通信模块电路6-7通过网络接口6-7-3连接到INTERNET/LAN，实现有线通信。所述MCU自适应智能控制系统6与机械扫描云台控制系统5连接，实现静态/动态转换扫描监测功能。雷达静态监测时，对360°的监测范围内的火源进行无盲区实时监测和数据采集；雷达动态监测时，在MCU自适应智能控制系统6的控制下驱动机械扫描云台的启动，对360°的监测范围内的火源点进行实时的扫描监测和坐标确认(如附图中：图4、图8所示)。
本实施例中采用了具有圆锥形光量子雷达天线、多组合矩阵馈源设计。所述采用的圆锥形光量子雷达天线，其入射角为55°，口径为248mm,圆锥形天线内壁设有真空蒸镀化学反应法制成的镜面涂层，涂层为0.2mm；所述无源可控频谱光量子矩阵馈源3由12颗具有纳米级波长的光量子传感器(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11、3-12)按矩阵排列安装在圆锥形光量子雷达天线的底部，通过引线连接到MCU自适应智能控制系统6；所述MCU自适应智能控制系统6中设有频率窗口模块电路、能量窗口模块电路、时间窗口模块电路、静态/动态扫描监测转换模块。所述频率窗口模块电路6-2与矩阵馈源构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6进行可控光谱的物理信息进行阈值识别和捕获；所述能量窗口模块电路6-4与无源可控频谱光量子矩阵馈源3构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6进行光量子能量积分和峰值处理，提高雷达装置的增益。所述时间窗口模块电路6-3与无源可控频谱光量子矩阵馈源3构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6为雷达装置提供时域标准。实现该装置快速、准确的火源探测，结合后台控制中心的GIS技术，实现火警坐标信息报警的技术要求。
如图14-16所示的系统拓朴图，本实施例，设计有单极、偶极和多极林区防火报警系统，根据平面几何与立体解析几何的扇形面积和GIS综合数学建模，系统可自适应获得到单位时间内的监测面积和巡航监测的动态角度。在有效监测面积内根据曲线参数方程，得到火源点到本发明装置安装点的直线距离，同理获得相对应的直线方程。在有效监测面积内设计安装单台本发明装置，通过与GIS综合数学建模的导向，可获得有效监测三维空间出现火源点在有效监测面积内的投影极坐标区域(扇形)数据信息。在有效监测面积内设计安装二台本发明装置，通过偶极数学建模型的导向，可获得有效监测三维空间出现火源点在效监测面积内的高精度极坐标数据信息，但在偶极雷达水平轴向上存在少量盲区。在有效监测面积内设计安装三台本发明装置，通过多极数学建模型的导向，可获得有效监测三维空间出现火源点在效监测面积内的高精度极坐标数据信息，且无盲区。
实施例三
草原火情报警无源可控光谱光量子雷达系统(参照图11、图12、图13)，本实施例是通过以下原理实现的：
扇形面积：
曲线参数方程：[x＝ρcosθ；y＝ρsinθ] (7)
直线(点线距离)方程：
[p＝x0cosθ+y0sinθ；d＝|x0cosθ+y0sinθ-p|] (8)
式中，S为监测面积；ρ为监测面积的半径；θ为扇形面积的夹角；(x0；y0)为起始点坐标，p为任意一直线垂直于起始点(x0；y0)的距离；d为两坐标点之间的距离。
研究表明：合理利用平面几何与立体解析几何定律，获得地面三维空间中火源的坐标数据。
在本实施例中，无源可控频谱光量子雷达装置安装在某草原地区。
图中：R1、R2、R3均为雷达装置；H1、H2分别为模拟火源点；L1、L2分别为雷达装置到H1、H2模拟火源点的距离。
本实施例中采用了具有圆锥形光量子雷达天线、多组合矩阵馈源设计。所述采用的圆锥形光量子雷达天线，其入射角为60°，口径为268mm,圆锥形天线内壁设有真空蒸镀化学反应法制成的镜面涂层，涂层为0.2mm；所述无源可控频谱光量子矩阵馈源3由12颗具有纳米级波长的光量子传感器(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8)按矩阵排列安装在圆锥形光量子雷达天线2的底部，通过引线连接到MCU自适应智能控制系统6；所述MCU自适应智能控制系统6中设有频率窗口模块电路、能量窗口模块电路、时间窗口模块电路、静态/动态扫描监测转换模块。所述频率窗口模块电路6-2与矩阵馈源构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6进行可控光谱的物理信息进行阈值识别和捕获；所述能量窗口模块电路6-4与无源可控频谱光量子矩阵馈源3构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6进行光量子能量积分和峰值处理，提高雷达装置的增益。所述时间窗口模块电路6-3与无源可控频谱光量子矩阵馈源3构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统6为雷达装置提供时域标准。实现该装置快速、准确的火源探测，结合后台控制中心的GIS技术，实现火警坐标信息报警的技术要求。
如图14-16所示的系统拓朴图，本实施例，设计有单极、偶极和多极草原防火报警系统，根据平面几何与立体解析几何的扇形面积和GIS综合数学建模，系统可自适应获得到单位时间内的监测面积和巡航监测的动态角度。在有效监测面积内根据曲线参数方程得到火源点到本发明装置安装点的直线距离，同理获得相对应的直线方程。在有效监测面积内设计安装单台本发明装置，通过与GIS综合数学建模的导向，可获得有效监测三维空间出现火源点在有效监测面积内的投影极坐标区域(扇形)数据信息。在有效监测面积内设计安装二台本发明装置，通过偶极数学建模型的导向，可获得有效监测三维空间出现火源点在效监测面积内的高精度极坐标数据信息，但在偶极雷达水平轴向上存在少量盲区。在有效监测面积内设计安装三台本发明装置，通过多极数学建模型的导向，可获得有效监测三维空间出现火源点在效监测面积内的高精度极坐标数据信息，且无盲区。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (4)
1.一种无源可控频谱光量子雷达装置，用于探测森林、草原和室外大空间上的火源点，其特征在于，包括：雷达防护罩(1)，雷达防护罩(1)顶部设有防护罩顶盖(1-1)，底部设有底座(1-2)，底座上开有连接机械扫描云台紧固件孔(1-2-1)和过线孔(1-2-2)，中部设有防潮防尘六方形支撑筒(1-3)；所述六方形支撑筒(1-3)内设有圆锥形光量子雷达天线(2)，所述圆锥形光量子雷达天线(2)底部设有带纳米频率窗口的无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)；所述无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)通过馈线与MCU自适应智能控制系统(6)电连接；所述MCU自适应智能控制系统(6)安装在MCU电路板仓室(4)中，MCU自适应智能控制系统(6)设有电性控制线，所述电性控制线包括电源线和通信线经过线孔连接到机械扫描云台控制系统(5)；
所述圆锥形光量子雷达天线(2)进一步包括：由6套单体天线(2-1；2-2；2-3；2-4；2-5；2-6)，分别在水平轴向上按60°相位均匀分布，安装在所述六方形支撑筒(1-3)内；
所述无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)进一步包括：由6至24颗具有纳米级波长的光量子传感器(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11、3-12)按矩阵排列安装在所述圆锥形光量子雷达天线(2)的底部，通过引线连接到MCU自适应智能控制系统(6)；
所述MCU自适应智能控制系统(6)的频率窗口模块电路(6-2)与所述无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统(6)进行可控光谱的物理信息进行阈值识别和捕获；所述MCU自适应智能控制系统(6)的能量窗口模块电路(6-4)与所述无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)构成对物质燃烧过程中所产生的广谱光量子离散粒子流的采集并经MCU自适应智能控制系统(6)进行光量子能量积分和峰值处理；所述MCU自适应智能控制系统(6)的时间窗口模块电路(6-3)与所述无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)构成对物质燃烧过程中产生的广谱光量子离散粒子流经MCU自适应智能控制系统(6)为雷达装置提供时域标准，以使得所述无源可控频谱光量子雷达装置结合后台控制中心的GIS技术，实现火警坐标信息报警。
2.根据权利要求1所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，所述圆锥形光量子雷达天线(2)的入射角为55°±5°，口径为248mm±100mm,所述圆锥形光量子雷达天线(2)内壁设有真空蒸镀化学反应法制成的镜面涂层，圆锥形光量子雷达天线(2)底部设有无源可控频谱光量子矩阵馈源(3)。
3.根据权利要求1所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，所述的MCU自适应智能控制系统(6)进一步还包括：MCU微处理器(6-1)、静态/动态扫描监测转换模块(6-5)、光电转换模块电路(6-6)、通信模块电路(6-7)、4G/无线通信天线及供电模块电路(6-8)；所述MCU微处理器(6-1)通过控制总线与机械扫描云台控制系统(5)的脉冲电机驱动模块电路(5-1)连接；所述MCU微处理器(6-1)通过信号总线与机械扫描云台控制系统(5)信号采集模块电路(5-2)连接，所述MCU微处理器(6-1)通过信号总线分别与频率窗口模块电路(6-2)、时间窗口模块电路(6-3)、能量窗口模块电路(6-4)、静态/动态扫描监测转换模块(6-5)、光电转换模块电路(6-6)、通信模块电路(6-7)连接；所述供电模块电路(6-8)的输入与机械扫描云台控制系统(5)连接，所述供电模块电路(6-8)的输出分别与MCU微处理器(6-1)、频率窗口模块电路(6-2)、时间窗口模块电路(6-3)、能量窗口模块电路(6-4)、光电转换模块电路(6-6)、通信模块电路(6-7)连接；所述通信模块电路(6-7)的无线接口(6-7-1)与4G/无线通讯天线连接、所述通信模块电路(6-7)的网络接口(6-7-3)与INTERNET/LAN连接。
4.根据权利要求3所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，由MCU微处理器(6-1)电控连接到静态/动态扫描监测转换模块(6-5)，对机械扫描云台控制系统(5)进行静态/动态扫描监测实时控制。
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