基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，控制水下自主航行器巡航；本实用新型专利技术能够实现水体中γ辐射核素活度浓度三维立体分布的高效精确测定。

Water body gamma radiation stereo monitoring system based on underwater autonomous vehicle

The utility model discloses a water body gamma radiation stereo monitoring system based on an underwater autonomous vehicle, which adopts modular design, including gamma radiation detection module, control module, energy module and power module; the gamma radiation detection module carries out gamma radiation extraction, judges the existence of artificial radionuclides, and collects detection data; the control module according to gamma radiation; The measuring results can control the cruise of the underwater autonomous vehicle, and the utility model can realize the efficient and accurate determination of the three-dimensional distribution of gamma radiation nuclide activity concentration in water body.

【技术实现步骤摘要】
基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统
本技术属于水体放射性监测领域，具体地说，涉及一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统。
技术介绍
随着我国新能源战略的逐步推进，核能作为高效、环保、持续供能强、技术成熟度高等优势，已逐步成为我国能源结构中的重要组成部分，而核电安全成为公众关注的焦点。当前，沿海核电站的数量大幅增加，未来二十年，亚洲地区仅中日韩三国的沿海核电站就将达到300座。核电站若发生事故，有可能引起放射性物质向环境释放，造成放射性物质直接或间接的途径进入海洋，对水体造成大范围的影响。如：切尔若贝利核电站爆炸事故，三里岛核电站失水事故和福岛核电站氢气爆炸事故。在核事故应急中对于污染海域人工放射性核素活度浓度的三维分布测定是制定应急方案的前提，但水体中放射性核素污染面积较大且具备高不确定性，大范围的取样测定效率很低，无法满足核应急快速反应的需要。因此开发一套具备自主高效的放射性核素测定能力的水体放射性监测系统，用于核事故应急的水体放射性监测系统对于事故应急和事故减缓措施的制定、核电站周边水域环境的风险评估具有重大意义。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供了一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，能够实现核事故情况下水体中放射性核素活度浓度三维立体分布的高效精确测定。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，控制能源模块和动力模块进行巡航。进一步的，所述控制模块还连接导航模块，所述导航模块根据地理信息进行航线规划，并接收控制模块发来的γ辐射测量数据，进行路径规划并反馈给控制模块进行巡航。更进一步的，所述控制模块还连接通信模块，所述通信模块与地面系统交互通信，接收目标坐标并作为地理信息输入至导航模块进行航线规划；所述通信模块还用于采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据的备份储存。更进一步的，所述导航模块包括DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计、电子罗盘、IMU系统以及全球定位系统；所述电子罗盘、全球定位系统和IMU系统连接导航计算CPU，在导航计算CPU的控制下完成航行器的自主导航；所述DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计连接模块单元计算机，通过DVL速度仪、微型深度计和微型水流速度计测量得到不同航行状态下航行速度、深度、水流速度，连同舵角信息和螺旋桨转速一起通过模块单元计算机处理，经过CAN总线传输引入导航计算CPU，用以校准系统的导航精度。进一步的，所述γ辐射探测模块包括依次连接的高性能γ辐射探测器、前置放大器、主放大器、多道分析器、数据处理模块、储存模块，所述γ辐射探测器、前置放大器、主放大器、多道分析器将γ射线光子转换为多道沉积谱；所述数据处理模块对多道沉积谱的能谱数据逐点进行处理，得到采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据，一并存储至储存模块。与现有技术相比，本技术具有如下的有益效果：本技术公开一种基于水下自主航行器平台的水体γ辐射立体监测系统，所述水体γ辐射立体监测系统能够自主航行至事故海域并基于智能控制系统自主完成事故海域的γ辐射立体监测，规避了监测人员在放射性污染海域暴露的风险。该水体γ辐射立体监测系统基于高斯过程回归的智能路径规划系统控制水下自主航行器的能源模块和动力模块进行智能巡航，并配合γ辐射探测模块进行采样点γ能谱的实施提取，通过深度学习网络系统快速判断是否存在人工放射性核素，并收集探测收据。基于这些现有监测系统所不具备的功能，本技术能够实现核事故情况下水体中γ辐射立体核素活度浓度立体分布的快速精确测定，以满足核应急快速反应的需要。附图说明图1是本技术系统示意图；图2是本技术导航模块构成示意图；图3是本技术探测模块构成示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：为了实现核事故情况下水体中γ辐射放射性核素活度浓度立体分布的高效精确测定，实施例提供了一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统。如图1所示，所述基于水下自主航行器的水体放射性监测系统采用模块化设计，基础模块包括：导航/控制/通信模块、能源模块和动力模块，尾部推进模块采用带导流罩的磁耦合推进器和桨后舵的航行控制机构。能源模块采用锂离子二次电池，根据任务情况可选择安装多个能源模块。自主水下航行器动力模块基于螺旋桨推进器、喷水推进器或仿生推进器。采用螺旋桨推进器，具有理论成熟、推进效率高、结构简单等几个优点，特别适合微小型水下航行器采用。如图2所示，所述导航模块包括DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计、电子罗盘、IMU系统以及全球定位系统；所述电子罗盘、全球定位系统和IMU系统连接导航计算CPU，在导航计算CPU的控制下完成航行器的自主导航；所述DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计连接模块单元计算机，通过DVL速度仪、微型深度计和微型水流速度计测量得到不同航行状态下航行速度、深度、水流速度，连同舵角信息和螺旋桨转速一起通过模块单元计算机处理，经过CAN总线传输引入导航计算CPU，用以校准系统的导航精度。所述基于水下自主航行器的水体放射性监测系统的和探测功能由搭载在头部的γ辐射探测模块实现，如图3所示，该模块由基于溴化铈(CeBr3)闪烁体探头、MPPC硅光电倍增器、前置放大器、主放大器、多道分析器、数据处理模块组成。所述溴化铈(CeBr3)闪烁体探头，适用于快时间、低本底的核辐射探测领域，同时兼顾了时间响应性能及能量响应性能。所述MPPC硅光电倍增器是由多个工作在盖格模式的雪崩光电二极管像素组成，有着优秀的光子计数能力，适用于极弱光测量的场景。MPPC可在低电压下进行工作，其特点是高增益、高光子探测效率、高反应速度、优秀的时间分辨率、以及较宽的光谱响应范围。此外，MPPC对磁场不灵敏，并抗金属冲击。MPPC硅光电倍增器将溴化铈(CeBr3)闪烁体中产生的光信号经过光电转换和电子倍增转换成电信号。经过前置放大器和主放大器处理后的信号进入具备全谱能谱测量能力的数字多道脉冲幅度分析器。由于脉冲信号的幅度与γ射线能量E成正比关系，在所述多道脉冲幅度分析器中，将脉冲信号幅度转换为多道沉积谱，道址正比于电压，所以可推算出多道沉积谱的道址与射线在探测器中损失的能量E成正比关系。在进行水体人工放射性核素监测时，进行工作前，将基于水下自主航行器的水体放射性监测系统布放至与待测水域连通的航道中，同时调试监测装置各模块至预备状态。地面系统发送指令至通信模块设定待测水域的目标坐标，自主航行器通信模块将目标坐标输入至导航模块，导航模块根据地理信息进行航线规划，航线规划完成后动力模块与避障模块进入工作状态，控制模块控制动力模块、导航模块、避障模块使自主航行器前往目标坐标。到达导航坐标点附近后，控制模块控制动力系统对自主航行器减速确认目标点坐标，并水体中预设深度，此时控制环境传感器(包括温度、盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，控制能源模块和动力模块进行巡航。

【技术特征摘要】
1.一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，控制能源模块和动力模块进行巡航。2.根据权利要求1所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述控制模块还连接导航模块，所述导航模块根据地理信息进行航线规划，并接收控制模块发来的γ辐射测量数据，进行路径规划并反馈给控制模块进行巡航。3.根据权利要求2所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述控制模块还连接通信模块，所述通信模块与地面系统交互通信，接收目标坐标并作为地理信息输入至导航模块进行航线规划；所述通信模块还用于采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据的备份储存。4.根据权利要求2所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述导航...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金钊，李红志，王磊，汤晓斌，李春芳，王鹏，龚频，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：天津,12