一种多传感器数据融合探测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种红外/激光雷达多传感器数据融合探测预警系统，包括红外探测模块，激光测风模块、数据处理模块和控制中心，通过控制中心控制红外探测传感器和激光雷达扫描探测区域内大气环境，利用差分吸收检测技术反演出有害物质浓度，融合激光测风模块采集的大气数据和实时探测浓度数据，预测有害气体扩散浓度分布。本发明专利技术结合了红外与激光雷达，能够解决多传感器坐标不重合、污染预警不准确等问题，实现有害气体污染的实时探测和准确预警。实现有害气体污染的实时探测和准确预警。

【技术实现步骤摘要】
一种多传感器数据融合探测预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及大气探测领域，特别是涉及一种多传感器数据融合探测预警系统及方法。

技术介绍

[0002]光学遥测是检测大气中有害气体的有效手段之一，广泛应用于各类大气监测系统。随着激光器技术、光电器件制造技术和光谱检测技术的发展，激光检测已经发展成为光学遥测的主要技术手段。与传统探测方法相比，红外激光探测分辨率高，具有非接触式、远距离、预警实时等优点。但有害化学气体的作用效果与气象因素有着十分密切的关系，扩散传播对当时的风速和风向有很大的依赖性，单独依靠监测有害气体无法保证早期预警的准确性，且无法确定污染边界。因此对有害气体的污染范围进行提前预警，需要结合气象检测设备实现。
[0003]目前，大多数大气监测系统依靠独立的气象测量设备获得大气环境数据，结合红外激光检测的气体探测数据，给出化学战剂的扩散通量分布。但由于测量基准不统一、传感器测量坐标不重合，测量误差传递放大，使得遥感目标远场一致性匹配精度较差甚至无法匹配，预警准确性低下。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种机载有害气体实时监测与预警系统及方法，能够解决多传感器坐标不重合、污染预警不准确等问题，快速探测区域内大气有害物质，准确预报扩散态势。
[0005]本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术提供了一种多传感器数据融合探测预警系统，包括红外探测模块、测风模块、控制中心和数据处理模块。
[0006]所述红外探测模块包括与测风模块共孔径设计的激光发射系统与激光接收系统，激光发射系统采用可快速调谐的CO2激光器作为光源，可发射9μm~11μm范围内多条激光谱线，通过差分吸收激光检测技术探测大气中有害气体。
[0007]所述测风模块包括共孔径的激光发射分系统和与激光接收分系统，采用单频光纤激光的MOPA技术产生窄线宽1.5μm波长激光，采用多普勒测风技术测量大气中的风速、风向，通过实时处理得到每秒更新的大气径向测量数据。
[0008]所述控制中心包括主控电路板、电源模块、电动转台，数据处理模块检测到有害物质存在后，将命令信息传送给控制中心，控制中心开启测风模块，用于数据处理模块的数据融合。
[0009]所述数据处理模块包括信号采集与处理器、数据反演与融合系统。探测模块与测风模块的输出数据通过通讯端口传输至信号采集与处理器，经过信号处理后通过传至数据反演与融合系统，反演出大气有害气体浓度与风场信息，再经过数据融合计算出有害气体
在一段时间后的扩散分布，进行预警和显示。
[0010]本专利技术提供了一种多传感器数据融合探测预警方法，包括以下步骤：S1：红外探测模块激光发射系统通过调谐发射激光谱线，激光谱线经过反射由激光接收系统接收；S2：信号采集与处理分系统采集到红外探测模块的回波信号，判断大气中是否存在有害气体，并比较得到探测波束的差分吸收率，判断该吸收率是否达到报警阈值。若报警启动，控制中心向激光测风模块发送启动指令；S3：激光测风模块的激光发射系统通过脉冲放大技术发出窄线宽脉冲光，再经过与激光发射系统共孔径的逆光路接收；S4：数据处理模块将红外探测模块与激光测风模块的接收信号进行反演，得出物质浓度与风场数据；S5：数据反演与融合系统通过有害物质浓度信息与风场信息，对有害气体扩散趋势进行预测，将实时探测数据融合到预测模型中校正扩散模型，得出准确的扩散态势预测结果。
[0011]本专利技术的有益效果是：通过机载平台快速探测多种有害气体，结合风场信息预测有害气体扩散趋势，基于数据融合进行模型校正实现准确扩散态势预报，实现对大气有害物质的远距离高灵敏度监测和有效预警。本专利技术所述的多传感器数据融合探测预警系统具有高灵敏度、低虚警率和实时扩散态势预报能力，实现红外探测传感器和激光雷达测风数据融合的有害气体探测和污染范围准确预警。
附图说明
[0012]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为多传感器数据融合探测预警系统结构示意图；图2为多传感器数据融合探测系统光路原理图；图3为多传感器数据融合探测系统无人机搭载示意图；图4为多传感器数据融合探测预警方法流程图；图5为多传感器数据融合示意图；图6为多传感器数据融合效果图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0014]如图1所示，一种多传感器数据融合探测预警系统包括红外探测模块，激光测风模块、控制中心和数据处理模块；红外探测模块包括共孔径设计的激光发射系统与激光接收系统；激光测风模块包括激光发射系统和与红外探测共孔径的光学接收分系统；控制中心包括主控电路板、电源模块、电动转台；数据处理模块包括信号采集与处理系统、数据反演与融合分系统和报警显示模块。
[0015]如图2所示，所述红外探测模块与激光测风模块采用共孔径设计，发射和接收系统光轴一致、稳定，目标与环境数据的测量基准统一，采集的数据具有可靠性，保证多传感器
数据融合的有效性。
[0016]如图1
‑
图3所示，本专利技术采用模块化设计，结构紧凑，集成度高，可搭载于无人或有人飞行平台，对大气进行远距离实时监测，探测到有害气体后自动报警并进行扩散态势预报。
[0017]如图4和图5所示，所述数据处理模块融合红外探测模块与激光测风模块采集的数据，并通过粒子滤波将实时探测信息注入扩散模型校正模型参数，预测有害气体扩散浓度分布。具体的多传感器数据融合探测预警方法如图4所示，包括以下步骤：S1：用户设定监测区域，开始监测。S2：控制中心开启红外探测模块，红外探测模块在监测范围内通过转台进行扫描，激光发射系统通过调谐二氧化碳激光器发出探测激光波束与参考激光波束，激光接收系统接收经过反射的激光信号，传给信号采集与处理模块。S3：激光接收系统接收到的信号通过信号采集与处理系统处理后，比较得到探测波束的差分吸收率，判断该吸收率是否达到报警阈值。S4：若探测激光波束的差分吸收率超过报警阈值，进行报警并开启激光测风模块，激光测风模块的激光发射系统通过脉冲放大技术，将种子光调制放大发射出高功率窄线宽脉冲光，再经过与激光发射系统共孔径的逆光路接收，将接收信号传给信号采集与处理模块。S5：信号采集与处理模块计算出激光发射系统发射的脉冲激光的多普勒频移，数据反演与融合系统分别利用差分检测原理与相干多普勒差频检测原理，通过红外探测波束吸收率与测风激光多普勒频移反演出有害物质浓度与大气风廓线。S6：数据反演与融合系统将红外探测系统与激光测风系统的数据融合，如图3所示。风速大小不同时，扩散形式也不同，依据激光测风模块检测到的风速，选择具体的扩散模型：风速u>1.5m/s时，选择以下扩散模型：风速u=0.5~1.5m/s时，选择以下扩散模型：风速0<u<0.5m/s时，选择以下扩散模型：其中，t为扩散时间，H为源高度，源强 q是烟团释放时包含毒物总量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多传感器数据融合探测预警系统，其特征在于，包括：红外探测模块，包括激光发射系统与激光接收系统，用于发射和接收探测激光，通过差分吸收激光检测技术探测大气中有害气体；激光测风模块，用于测量大气中的风速、风向，通过实时处理得到每秒更新的大气径向测量数据，包括共孔径的激光发射分系统和与激光接收分系统；数据处理模块，包括信号采集与处理器、数据反演与融合系统和报警显示模块，用于反演大气有害气体浓度与风场信息，通过数据融合计算出有害气体在一段时间后的扩散分布，进行预警和显示；控制中心，包括主控电路板、电源模块、电动转台，连接所述红外探测模块、所述激光测风模块和所述数据处理模块，用于系统控制和扫描。2.根据权利要求1所述的一种多传感器数据融合探测预警系统，其特征在于，所述激光发射系统采用可快速调谐的CO2激光器作为光源，可发射9μm~11μm范围内多条激光谱线。3.根据权利要求1所述的一种多传感器数据融合探测预警系统，其特征在于，所述激光接收系统与激光测风模块采用共孔径设计，保证红外探测和激光测风模块的光路一致性。4.根据权利要求1所述的一种多传感器数据融合探测预警系统，其特征在于，所述激光发射分系统采用单频光纤激光的MOPA技术产生窄线宽1.5μm波长激光。5.根据权利要求1所述的一种多传感器数据融合探测预警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括信号采集与处理器、数据反演与融合系统和报警显示模块，所述信号采集与处理器连接所述红外探测模块与所述激光测风模块，所述红外探测模块与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴，开维赛尔，孟祥余，张浩，
申请(专利权)人：青岛国数信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：