水下目标监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水下目标监测系统，设置有用于探测水下目标的水下检测单元，所述水下检测单元将采集到的数据传输至水面控制单元，经水面控制单元进行数据预处理后，发送至岸站控制中心进行目标监测。采用本实用新型专利技术的水下目标监测系统可以自动识别半径大于0.3米、运动速度为1.5-6节的目标，从而在以水下检测单元为中心、半径500米的海域内的目标都可以在显示器上显示其声纳图像，并可得知该目标的坐标、方位、速度等具体信息，通过这些信息即可判断目标是否存在危险，并发出警戒信号，由此实现了对水下环境的安全监测，确保了海域及海上物体的安全。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于海洋监测
，具体地说，是涉及一种用于研究海洋水下目标的监测系统。
技术介绍
2001年，在联合国的正式文件中首次提出了 “21世纪是海洋世纪” 口号，今后10 年甚至50年内，国际海洋形势将发生较大的变化，海洋将成为国际竞争的主要领域，包括高新技术引导下的经济竞争，发达国家的目光也将从外太空转向海洋。我国是海洋大国，海洋开发历史悠久。随着海洋开发力度的不断加大，产业的不断扩展，水下的安全防护工作也突显出来，这就迫切需要海洋安全管理部门能够建立起一套完整的水下安全防护监测系统来确保开放海域、未设防的停泊场/停泊点站台上的船只、以及水利工程建筑和港口码头上的重要物体的安全，例如奥运会的帆船帆板比赛场地以及其他水上运动项目的赛场区域的安全；锚泊点停靠船只的安全；海产养殖区域的安全等等。但是，这种水下监测系统如何建立，目前国内外还没有成型的方案，仍处于研究阶段。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种水下目标监测系统，通过自动探测水下的运动目标，来实现对水下安全状况的监测。为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现一种水下目标监测系统，设置有用于探测水下目标的水下检测单元，所述水下检测单元将采集到的数据传输至水面控制单元，经水面控制单元进行数据预处理后，发送至岸站控制中心进行目标监测。进一步的，在所述水下检测单元中包含有一由收发合置声纳传感器、方向传感器和倾角传感器组成的声纳基阵，利用收发合置声纳传感器发射声波，所述声波在遇到障碍物时反射回声信号，通过三个传感器同时接收所述的回声信号，进而确定出目标的信息。优选的，所述收发合置声纳传感器、方向传感器和倾角传感器垂直排列，形成水平方向上360°、垂直方向上30°的扫描区域。对于所述水下检测单元工作所需的电力供应以及与水面控制单元的连接方式可以采用以下两种设计方式其一是，将所述水下检测单元通过光纤电缆连接水面控制单元，所述水面控制单元通过电缆向水下检测单元供电，水下检测单元将采集到的数据通过光纤上传至水面控制单元。其二是，在所述水下检测单元中设置提供电力的电池或者通过电缆连接海面浮标上配置的电源，以获取水下检测单元中负载所需的电力；所述水下检测单元通过光纤连接水面控制单元，将采集到的数据上传至水面控制单元。进一步的，在所述水面控制单元中设置有光电转换模块，所述光电转换模块的光3接口与所述光纤对接，电接口连接数据处理设备，通过数据处理设备对采集数据进行预处理后，以有线或者无线方式传输至岸站控制中心。又进一步的，所述水下检测单元通过绞车下放到水中，所述绞车由控制器驱动，所述控制器设置在水面控制单元中，接收数据处理设备发出的控制指令。优选的，在所述水下目标监测系统中还设置有声速剖面仪和磁盘阵列，通过绞车下放入水，并通过光纤电缆连接所述的水面控制单元。其中，所述水面控制单元可以设置在岸边、浮标上或者船舶上。再进一步的，在所述岸站控制中心设置有信号处理器和显示器，所述信号处理器接收水面控制单元传送的数据信号，经处理后生成目标信息输出至显示器进行显示，以供操作人员监测。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是采用本技术的水下目标监测系统可以自动识别半径大于0. 3米、运动速度为1. 5 — 6节的目标，从而在以水下检测单元为中心、半径500米的海域内的目标都可以在显示器上显示其声纳图像，并可得知该目标的坐标、方位、速度等具体信息，通过这些信息即可判断目标是否存在危险，并发出警戒信号，由此实现了对水下环境的安全监测，确保了海域及海上物体的安全。结合附图阅读本技术实施方式的详细描述后，本技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本技术所提出的水下目标监测系统的一种实施例的整体架构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细地说明。实施例一，参见图1所示，本实施例的水下目标监测系统主要由水下检测单元、水面控制单元和岸站控制中心三部分组成。其中，水下检测单元用于对水中的目标进行探测， 可以固定于海底，也可以吊放于海中，并将采集到的数据上传至水面控制单元。所述水面控制单元对接收到的采集数据进行预处理，进而发送至岸站控制中心，以提供给操作人员进行水下状况的实时监控。下面对水下目标监测系统中各组成部分的具体构成进行详细描述。在本实施例中，水下检测单元可以采用声纳扫描的方式实现对目标的探测，具体可以采用收发合置声纳传感器、方向传感器和倾角传感器组成声纳基阵的方式构建。其中， 收发合置声纳传感器用于发射声波信号，可以是一个，也可以是多个。由于发射频率越高， 作用距离越近，但是对于本系统来说要求有尽量远的作用距离，以达到较长的预警时间，因此收发合置声纳传感器的发射频率优选60KHz，带宽5KHz。采用这种宽带信号相比窄带信号具有更好的抗混响白化作用，并且由于宽带信号利用了宽带波束形成和脉冲压缩，从而具有比窄带信号更好的方位和距离分辨力，有利于提升回波信号的稳定性。方向传感器用于确定回声信号的方向特征，当它指向“北”时为零点标志。倾角传感器用于修正因水下检测单元的摇摆和倾斜造成的目标方位测量误差。利用上述传感器同时接收回声信号，共同确定出水下目标的准确方位。作为本实施例的一种优选设计方案，可以将上述传感器垂直排列布设，每个传感器在水平方向上的扫描范围为360°，96个波束，扫描步进角为3. 75°，垂直方向上的扫描范围为10°。利用三个传感器组成的声纳基阵，则水平方向可监听360°，垂直方向可监听 30°。本实施例的水下检测单元的下潜深度可以达到20米，可固定于海底，也可吊放于海中，像港口一般属于浅海区域，故可固定于海底，探测效果不会受到影响；也可以利用浮标或者船只将水下检测单元吊放于海中，以水下检测单元为中心、半径500米的范围内，进行声纳扫描。水面控制单元完成水下检测单元的数据采集、传输和前期处理，还可以担负水下检测单元的供电和定位等功能。对于水下检测单元的供电方式，可以采用多种形式，例如可以采用电缆、电池以及浮标等方式，至于具体采用哪种方式可视情况而定。如果监测的范围小，优选采用电缆供电方式，水下检测单元利用光纤电缆连接水面控制单元或者直接连接岸站控制中心，由水面控制单元或者岸站控制中心通过电缆直接为水下检测单元供电。对于水下检测单元采集到的数据，则可以通过光纤上传至水面控制单元。如果监测的时间短， 则可以采用电池供电方式，即在水下检测单元中直接内置电池，为声纳基阵供电。如果监测的时间长、范围广，则最好采用浮标供电方式，即利用海面浮标上配置的电源为水下检测单元供电。具体可通过电缆连接浮标与水下检测单元，接收由浮标电源提供的供电。对于采用后两种供电方式设计的水下检测单元来说，可以利用光纤连接水下检测单元和水面控制单元，将水下检测单元采集到的数据以光信号的形式上传至水面控制单元。在水面控制单元中可以具体设置光电转换模块、数据处理设备、控制器以及电源等，参见图1所示。其中，光电转换模块用于实现光信号与电信号之间的双向转换，其光接口与连接水下检测单元的光纤对接，电接口连接数据处理设备，将水下检测单元上传的光信号转换成电信号后，传输至数据处理设备进行处理、识别和编辑等工作，得到的数据以数据包的形式加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，张颖颖，任国兴，侯广利，程岩，马然，汤永佐，高杨，程同蕾，孙继昌，石小梅，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：实用新型
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