一种基于随机共振的水下环境动态检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，包括用于检测水中信息的检测装置、水下通信装置和控制端，所述检测装置包括若干的检测机构，各个所述检测机构设置分别与所述水下通信装置通信连接，所述水下通信装置包括若干个超声波接收模块和若干个接收控制模块，各个所述接收模块和各个所述接收控制模块配对使用，所述控制端设置在所述水下通信装置上并与所述水下通信装置电连接。本发明专利技术通过对监测水域各传感器节点相应的温度、PH值、各种化学成分浓度等参数微弱信号的检测，提高微弱信号检测的灵敏度，提升对监测水域的监测效果。

A Dynamic Detection System for Underwater Environment Based on Stochastic Resonance

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机共振的水下环境动态检测系统
本专利技术涉及水环境检测系统领域，尤其涉及一种基于随机共振的水下环境动态检测系统。
技术介绍
目前，一些已经应用于水域环境检测及传输方法，例如有线微弱信号检测方法和基于可见光通信的检测方法。有线微弱信号检测方法主要由导线与检测传感器组成，该技术主要利用传感器来获取水下的各类参数信号并用有线的方法进行传输处理。基于可见光通信的检测方法主要由检测传感器、可见光信号发送部分以及光电探测部分组成。它将需要传递的信号先进行调制再加载到LED灯光信号上；在接收端，利用光电探测器等二极管器件进行接收并解调出发送的信息，实现基于可见光的无线信息传输。由于受到水下洋流、船只、浪花、鱼类、水分子热噪声等各类噪声的干扰，同时在一些不同地区监测水域分散且大小不一，有些需要监测的水域地方偏僻，若采用有线监测的方法，则该系统成本巨大。有线微弱信号检测方法和基于可见光的检测方法获取信号信噪比低。如CN105763612A现有技术公开了一种盐碱地水盐动态物联网同步自动检测系统，通过动态物联网同步自动检测系统，实现了盐碱地水盐动态变化信息的自动采集，并通过传输终端实时传输到远端服务器智能处理平台，服务器智能处理平台统一对数据进行同步采集、上传、存储、计算分析和应用。采样频率可通过上位机管理系统方便设定，实现了盐碱地水盐动态变化信息的同步自动采集。一般农田信息采集装置容易发现盐碱地特有的环境导致传感器易受腐蚀、野外网络覆盖差导致采集信息传输不畅、数据易丢失；对于大面积、多地块信息的采集无法同步进行。另一种典型的如US2019170654(A1)的现有技术公开的一种水环境遥感数据处理方法，传统的江河流域水环境监测主要是设置定点监测站、抽样调查、现场观察和测量等方法，这些监测手段和方法有利于准确反映局部的微观水体特征，如果从宏观上映射江河流域水环境状况，采取此类方法不仅耗费人力、物力、财力资源而且效率也十分低下。随着遥感技术的不断进步和相关理论模型的不断完善，遥感监测技术在水环境监测中的应用越来越多。由于水环境监测的遥感数据为点云数据，且这些数据需要经过一系列的复杂处理，才能获得为人们所需的数据，但是，通常是对一组点云数据进行处理，且没有考虑原始图像数据中的异常像素点，从而使得监测结果精确度不高，不能作为水环境后期分析的可靠保证。再来看如AU2018274916(A1)的现有技术公开的一种水生环境水参数测试系统。水生环境水参数测试系统包括具有光学读取器元件的电子部分和具有可以可拆卸地连接的化学指示元件的样品室部分。化学指示元件可包括信息存储和通信元件。另外，本专利技术并未对水下的通信就行改进，对信息的传输具有局限性，不利于信息的快速、灵活的输出，也没有针对的去干扰的措施，得出的水参数的存在不确定性。为了解决本领域普遍存在的监测成本高、监管区域小、微弱信号监测不到位、监测对象少灵敏度不够等等问题，作出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前水域环境检测所存在的不足，提出了一种基于随机共振的水下环境动态检测系统。为了克服现有技术的不足，本专利技术采用如下技术方案：一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，包括用于检测水中信息的检测装置、水下通信装置和控制端，所述检测装置包括若干的检测机构，各个所述检测机构设置分别与所述水下通信装置通信连接，所述水下通信装置包括若干个超声波接收模块和若干个接收控制模块，各个所述接收模块和各个所述接收控制模块配对使用，所述控制端设置在所述水下通信装置上并与所述水下通信装置电连接。可选的，所述检测装置的检测机构包括检测方法，所述检测方法均应用在所述检测装置上，所述检测方法的具体步骤如下：S1：PSO算法初始化，设定种群数量、最大迭代步数、维度以及每个维度的搜索范围；S2：估计每一个粒子优化效果，计算对应的输出信噪比，将第一代粒子的对应信噪比值作为单个粒子的局部最优值，将其中的最大值作为全局最优值；S3：根据全局最优值更新粒子位置和速度，得到下一代粒子；S4：达到最大迭代次数后，根据最终粒子的位置得到最优的系统参数，从而达到信号、噪声与随机共振系统的匹配关系；S5：根据最优解，并输出信号。可选的，各个所述检测机构还分别设有若干个检测传感器，各个所述检测传感器分别检测各个所述维度内的温度、PH值、各种化学成分浓度等参数微弱信号的检测并生成检测信号，所述检测信号通过各个所述超声波接收模块发送到控制器。可选的，所述检测装置的检测机构实时检测所处的所述维度范围内各个参数值，并把检测到所述参数值作为第一测量值，并设置间隔时间检测下一时间点的测量值作为第二测量值、第三测量值……第N测量值，测量出的所述第一检测值与所述第二测量值比较出最大的值设为第一预测值，得出的所述第一预测值与下一次的测量值进行比较，取最大值作为全局最优值。另外，本专利技术还提供一种基于随机共振的水下环境动态检测系统的控制方法，所述控制方法包括：在每次的全局最优值取出并传输到所述控制端，通过所述控制端进行降噪处理，得出的进行迭代。进一步的，当每一次迭代的过程中，会生成实用度值，并把该实用度值的相对应的迭代数与所述控制端设定的最大迭代数值进行比较，当所述实用度值对应的迭代数值和所述最大迭代数值相同时，生成出随机最优参数。进一步的，根据最优参数的值通过所述水下通信装置发送到特定的接收终端，所述接收终端接收到该最优参数值后，进行根据最优解的算法计算出相应的结果，输出相应的信号并通过各个所述超声波接收模块发送。进一步的，在所述超声波接收模块接收到该信号后，把所述信号将采集到的信息输送到信号调理模块，信号调理模块将传感器输出的模拟信号的滤波、放大、滤波输送到控制模块，控制模块将信号除噪、水环境信息的属性标定。进一步的，所述控制器根据所述属性标定信息生产相应的态势显示和动态图文并存储在控制器的存储单元中。本专利技术所取得的有益效果是：1.采用无线超声传感网络进行监测，既灵活又可大幅度降低成本，实现对监测水域的监管。2.采用改进型随机共振检测微弱信号的方法，对监测水域各传感器节点相应的温度、PH值、各种化学成分浓度等参数微弱信号的检测。3.采用检测装置进行检测操作，提高微弱信号检测的灵敏度，提升对监测水域的监测效果。附图说明从以下结合附图的描述可以进一步理解本专利技术。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。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。图1为本专利技术的一种基于随机共振的水下环境动态检测系统的控制流程图。图2为本专利技术的一种基于随机共振的水下环境动态检测系统的所述调理装置的调理状态图。图3为本专利技术的一种基于随机共振的水下环境动态检测系统的所述迭代方式的结构示意图。具体实施方式为了使得本专利技术的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本专利技术的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，包括用于检测水中信息的检测装置、水下通信装置和控制端，其特征在于，所述检测装置包括若干的检测机构，各个所述检测机构设置分别与所述水下通信装置通信连接，所述水下通信装置包括若干个超声波接收模块和若干个接收控制模块，各个所述接收模块和各个所述接收控制模块配对使用，所述控制端设置在所述水下通信装置上并与所述水下通信装置电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，包括用于检测水中信息的检测装置、水下通信装置和控制端，其特征在于，所述检测装置包括若干的检测机构，各个所述检测机构设置分别与所述水下通信装置通信连接，所述水下通信装置包括若干个超声波接收模块和若干个接收控制模块，各个所述接收模块和各个所述接收控制模块配对使用，所述控制端设置在所述水下通信装置上并与所述水下通信装置电连接。2.如前述权利要求1所述的一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，其特征在于，所述检测装置的检测机构包括检测方法，所述检测方法均应用在所述检测装置上，所述检测方法的具体步骤如下：S1：PSO算法初始化，设定种群数量、最大迭代步数、维度以及每个维度的搜索范围；S2：估计每一个粒子优化效果，计算对应的输出信噪比，将第一代粒子的对应信噪比值作为单个粒子的局部最优值，将其中的最大值作为全局最优值；S3：根据全局最优值更新粒子位置和速度，得到下一代粒子；S4：达到最大迭代次数后，根据最终粒子的位置得到最优的系统参数，从而达到信号、噪声与随机共振系统的匹配关系；S5：根据最优解，并输出信号。3.根据权利要求2所述的一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，其特征在于，各个所述检测机构还分别设有若干个检测传感器，各个所述检测传感器分别检测各个所述维度内的温度、PH值、各种化学成分浓度等参数微弱信号的检测并生成检测信号，所述检测信号通过各个所述超声波接收模块发送到控制器。4.根据权利要求2所述的一种基于随机共振的水下环境动态检测系统，其特征在于，所述检测装置的检测机构实时检测所处的所述维度范围内各个参数值，并把检测到所述参数值作为第一测量值，并设置间隔时...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡梓鸿，杨发权，王东，蔡青锋，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44