CN115111967A - 分布式主被动综合防蛙人系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式主被动综合防蛙人系统，包括特种光纤高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏，所述水下防阻安全栅栏上设有若干均匀间隔的弱磁场传感器，所述水下防阻安全栅栏通过信号处理模块连接有指令下达模块，本发明的系统结构夯实、响应灵敏；结合本发明的控制方法，能够及时发现防护区域的蛙人入侵，并采取主动或被动的策略对蛙人进行驱逐，可以在多种重要港口、堤坝等关键水域布置。
Description
技术领域
本发明涉及水下安全技术领域，尤其涉及一种分布式主被动综合防蛙人系统及其控制方法。
背景技术
蛙人(Frogmen)，就是担负着水下侦察、爆破和执行特殊作战任务的部队作战单位，因他们携带的装备中有形似青蛙脚形状的游泳工具，所以称之为“蛙人”。训练有素的蛙人可以突破设防水域，破坏重要设施，各国科学家已相继展开了防止蛙人侵入的相关研究。
如何及时发现蛙人侵入设防水域，并采取相应措施驱逐蛙人，是现有技术中有待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种分布式主被动综合防蛙人系统及其控制方法，可采用下列技术方案来实现：
一种分布式主被动综合防蛙人系统，包括特种光纤高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏，所述水下防阻安全栅栏上设有若干均匀间隔的弱磁场传感器，所述水下防阻安全栅栏通过信号处理模块连接有指令下达模块。
进一步的，还包括高聚能冲击波发射装置，高聚能冲击波发射装置连接有高压充电电源系统；所述高压充电电源系统通过高压输电电缆与储能系统连接，所述高聚能冲击波发射装置还连接有吹气式场畸变开关和光敏开关，所述吹气式场畸变开关也与所述指令下达模块连接。
进一步的，所述高聚能冲击波发射装置与所述吹气式场畸变开关之间通过电缆接头水密装置连接。
进一步的，所述水下防阻安全栅栏通过辅助配套固定支架竖直设于海平面以下。
一种如上述的分布式主被动综合防蛙人系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据所要布防的水域的水文特征，布局水下防阻安全栅栏和高聚能冲击波发射装置；
(2)在安全栅栏上布置弱磁传感器，各个弱磁传感器之间构成边长为a的正方形阵列；
(3)利用信号处理模块采集各个传感器的磁场信号，具体包括纵向磁场强度MX、横向磁场强度MY、垂直磁场强度MZ；
(4)间隔一段时间间隔δ后，再次采集各个传感器的磁场信号，并与前一次的采样结果作差，得出纵向磁场强度变化ΔMX、横向磁场强度变化ΔMY、垂直磁场强度变化ΔMZ；
(5)计算各个传感器的总磁场强度变化ΔM，
(6)判断各个传感器的总磁场强度变化ΔM是否超过了蛙人侵扰阈值ΔMF；
(7)如果步骤(6)的结果为否，则记录当前的纵向磁场强度、横向磁场强度和垂直磁场强度，并返回步骤(4)；
(8)如果步骤(6)的结果为是，信号处理模块则会采用波束成形算法计算出蛙人来袭方位、深度和距离，系统进入主动防蛙人模式；
(9)指令下达模块根据所防护水域的安全级别，向高聚能冲击波发射装置下达驱逐蛙人的指令；
(10)高聚能冲击波发射装置向蛙人发射峰峰值为U、周期为T、脉宽为τ，即实施主动驱离，同时借助光敏开关判断高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏是否已经被潜水刀割断；
(11)若步骤(10)的判断结果为是，则在使高压光电复合电缆在断面处进行水中放电，即实施被动防御，返回步骤(3)，若步骤(10)的判断结果为否，直接返回步骤(3)。
进一步的，各个弱磁传感器之间构成的正方形边长a为2m到40m；
蛙人侵扰阈值ΔMF的取值为36350nT到36000nT；
时间间隔δ为250ms到2s；
驱逐蛙人的发电脉冲电压的峰峰值U为40000V到45000V；
驱逐蛙人的发电脉冲电压的周期T为1s到5s；
驱逐蛙人的发电脉冲电压的脉宽τ为100ns到1400ns。
本发明的有益效果在于：
本发明提出得一种分布式主被动综合防蛙人系统及其控制方法，系统结构夯实、响应灵敏，能够及时发现防护区域的蛙人入侵，并采取主动或被动的策略对蛙人进行驱逐，可以在多种重要港口、堤坝等关键水域布置。
附图说明
图1为本发明分布式主被动综合防蛙人系统的逻辑框图；
图2为本发明分布式主被动综合防蛙人系统的工作状态示意图；
图3是本发明分布式主被动综合防蛙人系统的控制方法的流程图；
图4是本发明在海面钻井平台的安全布防的示意图。
附图序号及名称：
1、水下防阻安全栅栏，2、弱磁场传感器，3、信号处理模块，4、指令下达模块，5、高聚能冲击波发射装置，6、高压充电电源系统，7、储能系统，8、吹气式场畸变开关，9、光敏开关，10、高压输出电缆，11、电缆接头水密装置，12、辅助配套固定支架。
具体实施方式
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，下文所描述的实施例仅仅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做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。
如图1所示，本发明提供的分布式主/被动综合防蛙人系统，包括：特种光纤高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏、弱磁场传感器、信号处理模块、指令下达模块、高聚能冲击波发射装置、高压充电电源系统、储能系统、吹气式场畸变开关、光敏开关、高压输电电缆、电缆接头水密装置及辅助配套固定支架。
结合图2，水下防阻安全栅栏布置在所要设防的水域，安全栅栏由特种尼龙、玻璃纤维、碳纤维等高韧度材料包裹光纤而构成，安全栅栏的拓扑布局为正方形的网状结构，弱磁场传感器镶嵌在安全栅栏上，用于感应水中的磁场变化，弱磁场传感器的数量由布防水域的面积决定，多个弱磁场传感器之间构成了磁场传感器阵列，信号处理模块将传感器阵列采集到的信号经过运算判断出是否有蛙人侵，如有蛙人入侵，信号处理模块会进一步预测出入侵蛙人的数量和入侵蛙人的位置，指令下达模块则会根据事先设定好的水域安全等级及蛙人入侵情况下达驱逐指令，吹气式场畸变开关和光敏开关接收到指令后则会驱动高聚能冲击波发射装置在水中瞬间释放足以驱逐蛙人的能量，系统的各个组成之间由电缆接头水密闭装置相连接，并由辅助配套支架固定在布防的水域，高压充电电源系统、储能系统提供系统运作所需的能量，能量由高压输电电缆传输。
如图3所示，本发明提出的分布式主/被动综合防蛙人系统的控制方法，具体步骤为：
(1)根据所要布防的水域的水文特征，布局水下防阻安全栅栏和高聚能冲击波发射装置；
(2)在安全栅栏上布置弱磁传感器，各个弱磁传感器之间构成边长为a的正方形阵列；
(3)利用信号处理模块采集各个传感器的磁场信号，具体包括纵向磁场强度MX、横向磁场强度MY、垂直磁场强度MZ；
(4)间隔一段时间间隔δ后，再次采集各个传感器的磁场信号，并与前一次的采样结果作差，得出纵向磁场强度变化ΔMX、横向磁场强度变化ΔMY、垂直磁场强度变化ΔMZ；
(5)计算各个传感器的总磁场强度变化ΔM，
(6)判断各个传感器的总磁场强度变化ΔM是否超过了蛙人侵扰阈值ΔMF；
(7)如果步骤(6)的结果为否，则记录当前的纵向磁场强度、横向磁场强度和垂直磁场强度，并返回步骤(4)；
(8)如果步骤(6)的结果为是，信号处理模块则会采用波束成形算法计算出蛙人来袭方位、深度和距离，系统进入主动防蛙人模式；
(9)指令下达模块根据所防护水域的安全级别，向高聚能冲击波发射装置下达驱逐蛙人的指令；
(10)高聚能冲击波发射装置向蛙人发射峰峰值为U、周期为T、脉宽为τ，即实施主动驱离，同时借助光敏开关判断高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏是否已经被潜水刀割断；
(11)若步骤(10)的判断结果为是，则在使高压光电复合电缆在断面处进行水中放电，即实施被动防御，返回步骤(3)，若步骤(10)的判断结果为否，直接返回步骤(3)；
需要注意的是：各个弱磁传感器之间构成的正方形边长a为2m到40m，蛙人侵扰阈值ΔMF的取值为36350nT到36000nT，间隔一段时间间隔δ为250ms到2s，驱逐蛙人的发电脉冲电压的峰峰值U为40000V到45000V，驱逐蛙人的发电脉冲电压的周期T为1s到5s，驱逐蛙人的发电脉冲电压的脉宽τ为100ns到1400ns。
参照图4，以周长为320m、作业深度为100m的海面钻井平台的安全布防为例：
首先，在海面钻井平台的四角垂直位置的下方向海床打入深度为4m的固定支架，并确保每个支架能够承受10t的垂直拉力，在水面下方环绕平台的四周布置水下防阻安全栅栏长度为320m，为了节约布防成本，安全栅栏的深度设为蛙人一般的下潜距离50m，若要进一步提高防范等级，也可以将安全栅栏在水下的作用深度为也可设定为钻井平台的作业深度100m，并由辅助配套支架固定，并在安全栅栏上镶嵌有弱磁场传感器，传感器之间的间距为10m，传感器的数量总数量为320个，多个传感器之间构成了正四边形的传感器阵列，并使用CAN总线将每个传感器获得的磁场信号传递给信号处理模块，信号处理模块进一步将传感器阵列采集到的信号经过运算，判断出是否有蛙人侵，如有蛙人入侵，信号处理模块会进一步预测出入侵蛙人的数量，入侵蛙人的位置，指令下达模块会根据事先设定好的水域安全等级及蛙人入侵情况下达驱逐指令。在平台之上布置吹气式场畸变开关和光敏开关，这些开关接收到指令后则会驱动高聚能冲击波发射装置在水中瞬间释放足以驱逐蛙人的能量，系统的各个组成之间由电缆接头水密闭装置相连接，高压充电电源系统、储能系统提供系统运作所需的能量，能量由高压输电电缆传输，整个系统需要3000W的电功率运作，并可瞬间释放200kV的高压，系统供电由钻井平台的照明配电系统提供。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种分布式主被动综合防蛙人系统，其特征在于：包括特种光纤高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏，所述水下防阻安全栅栏上设有若干均匀间隔的弱磁场传感器，所述水下防阻安全栅栏通过信号处理模块连接有指令下达模块。
2.根据权利要求1所述的分布式主被动综合防蛙人系统，其特征在于：还包括高聚能冲击波发射装置，高聚能冲击波发射装置连接有高压充电电源系统；所述高压充电电源系统通过高压输电电缆与储能系统连接，所述高聚能冲击波发射装置还连接有吹气式场畸变开关和光敏开关，所述吹气式场畸变开关也与所述指令下达模块连接。
3.根据权利要求2所述的分布式主被动综合防蛙人系统，其特征在于：所述高聚能冲击波发射装置与所述吹气式场畸变开关之间通过电缆接头水密装置连接。
4.根据权利要求1所述的分布式主被动综合防蛙人系统，其特征在于：所述水下防阻安全栅栏通过辅助配套固定支架竖直设于海平面以下。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的分布式主被动综合防蛙人系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据所要布防的水域的水文特征，布局水下防阻安全栅栏和高聚能冲击波发射装置；
(2)在安全栅栏上布置弱磁传感器，各个弱磁传感器之间构成边长为a的正方形阵列；
(3)利用信号处理模块采集各个传感器的磁场信号，具体包括纵向磁场强度MX、横向磁场强度MY、垂直磁场强度MZ；
(4)间隔一段时间间隔δ后，再次采集各个传感器的磁场信号，并与前一次的采样结果作差，得出纵向磁场强度变化ΔMX、横向磁场强度变化ΔMY、垂直磁场强度变化ΔMZ；
(5)计算各个传感器的总磁场强度变化ΔM，
(6)判断各个传感器的总磁场强度变化ΔM是否超过了蛙人侵扰阈值ΔMF；
(7)如果步骤(6)的结果为否，则记录当前的纵向磁场强度、横向磁场强度和垂直磁场强度，并返回步骤(4)；
(8)如果步骤(6)的结果为是，信号处理模块则会采用波束成形算法计算出蛙人来袭方位、深度和距离，系统进入主动防蛙人模式；
(9)指令下达模块根据所防护水域的安全级别，向高聚能冲击波发射装置下达驱逐蛙人的指令；
(10)高聚能冲击波发射装置向蛙人发射峰峰值为U、周期为T、脉宽为τ，即实施主动驱离，同时借助光敏开关判断高压复合水密电缆编织的水下防阻安全栅栏是否已经被潜水刀割断；
(11)若步骤(10)的判断结果为是，则在使高压光电复合电缆在断面处进行水中放电，即实施被动防御，返回步骤(3)，若步骤(10)的判断结果为否，直接返回步骤(3)。
6.根据权利要求5所述的分布式主被动综合防蛙人系统的控制方法，其特征在于：各个弱磁传感器之间构成的正方形边长a为2m到40m；
蛙人侵扰阈值ΔMF的取值为36350nT到36000nT；
时间间隔δ为250ms到2s；
驱逐蛙人的发电脉冲电压的峰峰值U为40000V到45000V；
驱逐蛙人的发电脉冲电压的周期T为1s到5s；
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