专利名称：水下目标监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于海洋监测技术领域，具体地说，是涉及一种用于研究海洋水下目标的监测系统。
背景技术：
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。
发明内容本实用新型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，本实用新型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，本实用新型的优点和积极效果是采用本实用新型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。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图1是本实用新型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
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
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。[0023]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密向岸站控制中心传送。与岸站控制中心的数据传输方式可以采用有线传输和无线传输两种方式有线传输可以利用水下埋设的电缆进行传输；无线传输可以利用全球卫星定位系统GPS进行传输。对于岸站控制中心发出的操作命令，可以由数据处理设备接收、解析，进而生成相应的控制指令输出至控制器，通过控制器对水下检测单元的位置或者系统中其他辅助设备的投放运行进行控制。在本实施例中，所述水下检测单元可以通过绞车下放入水，通过控制器控制绞车转动，以调节水下检测单元的投放深度。当然，所述水下检测单元也可以采用直接固定在海底或者浮标吊放的方式布放在水中，三种布设方式对探测结果无影响。在系统中可以配置海流计、声速剖面仪、磁盘阵列等辅助设备，具体可根据系统需要而定，均可通过绞车投放入水或者浮标吊放的方式布放在水中，执行探测任务。其中，海流计用于测量海水流速，通过光纤将检测到的数据上传至水面控制单元。声速剖面仪用于记录垂直分布的声速，以确定水下检测单元与探测目标之间的距离，在声速剖面仪投放入水的过程中，声速剖面仪可以自动检测其入水深度以及该深度的声速。声速剖面仪可以测量100米深度内水域的声速，为水下检测单元的布放深度进行修正。磁盘阵列用于记录获取的目标及背景信号的原始数据，用于事后分析或者完成目标数据及图像显示、回放和对比分析，甚至用于训练。[0028]各辅助设备所需的工作电源可以由水面控制单元通过电缆提供，即可以采用光纤电缆连接水面控制单元，也可以采用内置电池或者浮标供电的方式提供，本实施例并不仅限于以上举例。岸站控制中心主要是对接收到的信号进行处理，识别目标，并提供用户接口和实时图形显示界面，包括信号处理器和显示器等主要部件。其中，信号处理器是基于工控机的软件处理器，配置高度灵活的系统控制以及数据输入/输出接口，接收水面控制单元传输的数据，并进行解析、处理、运行目标识别算法识别出探测目标后，通过显示器显示目标信息。显示器显示的信息可以包括水下检测单元的位置(经度、纬度)；当地时间；声速剖面仪的深度、航向、精度以及声速值；目标的方位、距离、运动速度、以及实时声纳图像等，使操作人员可直观的看到探测目标的运动、变化过程。同时，也可以显示声线图，从声线图中可实时监测声速。当探测的目标半径大于0. 3米，运动速度为1. 5 — 6节(1节=0. 5米/秒) 时，系统可以自动发出报警信号。本实施例的水下目标检测系统既可以用于港口的保护，也可以用于船只的保护。 其中，水下检测单元可以固定在海底，也可以通过浮标或者船舶吊放于海中；水面控制单元可以设置在岸边，也可以配置在浮标或者船舶上；岸站控制中心设立的岸上。为了安全起见，两个水下检测单元之间的距离不应大于700m，在三级海浪的情况下可以正常工作，方位探测精度可以达到2°，探测距离精度可以达到1.5%，声纳基阵可在水下20米处工作，测量声速的深度可达100米，系统可自动探测、跟踪、识别目标，并在发现危险目标时发出报警信号。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例， 本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换， 也应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种水下目标监测系统，其特征在于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。
2.根据权利要求1所述的水下目标监测系统，其特征在于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。
3.根据权利要求2所述的水下目标监测系统，其特征在于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。
4.根据权利要求1所述的水下目标监测系统，其特征在于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。
5.根据权利要求1所述的水下目标监测系统，其特征在于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；在所述水下检测单元中设置有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。
6.根据权利要求4或5所述的水下目标监测系统，其特征在于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。
7.根据权利要求6所述的水下目标监测系统，其特征在于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。
8.根据权利要求7所述的水下目标监测系统，其特征在于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。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的水下目标监测系统，其特征在于所述水面控制单元设置在岸边、浮标上或者船舶上。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的水下目标监测系统，其特征在于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显示。
专利摘要本实用新型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。
文档编号G01S15/88GK202256671SQ20112037604
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者任国兴, 侯广利, 孙继昌, 张颖, 张颖颖, 汤永佐, 石小梅, 程同蕾, 程岩, 马然, 高杨 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所