本发明涉及监测浮标技术领域，特别是涉及一种基于目标预警的海洋监测浮标系统。
背景技术：
近年来，随着国家对海洋基础技术的重视和不断投入发展，海洋浮标技术获得了较大的进步，依赖海洋浮标来获取特定海域的海洋和气象数据信息是一门十分值得研究的课题。在现有技术中，监测浮标投放后基本处于无人值守状态，导致在该类型海域投放的远海监测浮标经常遭到严重的人为(盗窃)破坏，其内部的水文气象传感器及核心贵重器件被偷窃，导致监测浮标工作中断，无法连续进行测量采集，最终完全丧失海洋监测浮标的所有信息。由于此类浮标局限于水文参数和气象数据采集测量，缺乏对水面和水下目标识别与预警，经常遭到人为破坏。因此，如何降低海洋监测浮标遭人为破坏后的风险，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。此外，现有浮标在水面上的稳定性不足，容易倾斜侧翻，无法根据实际情况对其进行相应地调整。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于目标预警的海洋监测浮标系统，以解决上述背景技术中提出的问题，从根本上杜绝了浮标被破坏的可能，采用重心下沉式结构设计，具备更好的抗风能力，稳定性极大地提高，采用光电跟踪与雷达联动的形式，可以自动锁定目标，并进行定向跟踪并报警，同时此浮标可以作为沿海海面和海底防御设备。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于目标预警的海洋监测浮标系统，包括浮标本体，所述浮标本体包括浮力舱和固定装置，所述浮力舱下端安装有固定装置，所述浮标本体上设置有电源系统，所述电源系统包括电池模块和充电装置，所述电池模块与所述充电装置连接，所述电源系统分别与水下环境参数测量模块、通信模块、位置监测模块、水面目标识别与预警模块和数据采集系统电连接，所述水声环境参数测量模块包括电子控制舱，所述电子控制舱与多个标准水听器连接，所述通信模块分别与所述水下环境参数测量模块、位置监测模块和所述数据采集系统电连接，所述通信模块包括数据传输电台，所述数据传输电台的信号口连接有通信天线，所述水面目标识别与预警模块包括跟踪系统和识别雷达，所述数据采集系统包括工控机和储存装置，所述工控机分别与水下环境参数测量模块、位置监测模块和水面目标识别与预警模块电连接，所述位置监测模块包括信号接收机，所述信号接收机、数据传输电台、识别雷达和电子控制舱分别与所述工控机电连接，所述浮力舱上端设置有通信天线、识别雷达和光电跟踪摄像头，所述光电跟踪摄像头与工控机电连接，所述跟踪系统为包括光电跟踪摄像头，所述光电跟踪摄像头与工控机连接，所述工控机与水下移动激光成像雷达连接，所述光电跟踪摄像头与所述水下移动激光成像雷达联动进行目标预警与识别；水下移动激光成像雷达，能够对物体三维精细成像，同时可以在三维空间准确锁定目标，从而提高了对威胁目标的探测效率，所述电池模块为免维护铅酸蓄电池，所述充电装置包括太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述免维护铅酸电池电连接；采用太阳能电板和免维护铅酸蓄电池。
优选的，所述电子控制舱能够连接1-8个标准水听器，所述标准水听器与所述电子控制舱通过水密插接件连接；浮力舱下方2米深度处能够吊挂3个或者4个或者6个或者8个标准水听器，其中八个标准水听器效果最好，监测能力最强。
优选的，所述通信天线采用直径30mm铜管天线，所述铜管天线外表面包裹有玻璃钢材质防腐层；采用玻璃钢裹敷和加强直径30毫米铜管天线结构，极大地改善了天线系统的可靠性和稳定性。另外,采用了加感线圈和加顶电容,大大提高了天线有效高度，电台的电功率约为35瓦,采用psk编码,通信遥控系统更加稳定，通信距离能够达到地波(海面)半径150海里，遥控可靠性能达到99％-100％。
优选的，所述信号接收机高精度亚米级接收机，所述信号接收机连接有信号接收天线，所述信号接收天线安装于所述浮力舱上端，所述高精度亚米级接收机测量半径为1-5m。
优选的，所述浮力舱内安装有浮力调整装置，所述浮力调整装置包括浮力板，所述浮力板上端安装有电子控制舱，所述电子控制舱一侧分别安装有信号接收机、数据传输电台和工控机，所述浮力板下端安装有浮力调整活动机构，所述浮力调整活动机构包括调整支柱，所述调整支柱上端安装于所述浮力板下端面，所述调整支柱下端安装于调整连板上，所述调整连板包括左板、中板和右板，所述左板活动连接于所述浮力板左侧下端，所述右板活动连接于所述浮力板右侧下端，所述中板分别与所述左板和所述右板活动连接，所述中板上端中部固定连接有调整支柱。
优选的，所述调整支柱为伸缩支柱，所述伸缩支柱上端安装有伸缩电机，所述伸缩电机的转轴上连接有螺旋杆，所述螺旋杆上设置有螺旋套，所述螺旋套上安装有螺旋筒，所述螺旋筒与所述中板固定连接，所述左板、中板和所述右板上端面和下端面分别铺设有一层防水橡胶层，所述防水橡胶层与所述浮力板下端的浮力舱内壁密封活动连接。
优选的，所述固定装置包括固定连接杆，所诉固定连接杆下端安装有配重块，所述配重块下端安装有标准水听器，所述标准水听器下端安装有所述水下移动激光成像雷达，所述水下移动激光成像雷达与所述标准水听器之间设置有旋转电机。
优选的，所述固定连接杆包括上连接杆和下连接杆，所述上连接杆安装于所述浮漂本体上，所述下连接杆与所述上连接杆活动连接，所述上连接杆下端固定设置有回力挡板，所述回力挡板上安装有回力弹簧，所述回力弹簧套装于上连接杆上，所述回力挡板上端安装有所述下连接杆的上推板，所述上推板套装于所述上连接杆上，所述上推板下端的所述下连接杆上设置有推板套，所述推板套固定于下连接杆上端，所述下连接杆下端部连接有漂浮装置。
优选的，所述漂浮装置包括漂浮板所述漂浮板上安装有多个动力装置，所述动力装置包括动力螺杆，所述动力螺杆活动连接于所述浮漂本体内部的旋转固定装置上，所述旋转固定装置包括旋转盘和固定座，所述固定座安装于所述浮漂本体一侧，所述固定座上固定所述旋转盘，所述旋转盘中心位置设置有旋转齿，所述旋转齿与所述动力螺杆转动连接，所述旋转盘通过固定座上的夹持装置固定，所述旋转盘外侧通过传动带连接于发电机上。
优选的，所述夹持装置包括上夹持筒和下夹持筒，所述上夹持筒与所述旋转盘上端面滑动连接，所述下夹持筒与所述所述旋转盘下端面滑动连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过标准水听器与水面目标识别与预警模块的配合对目标进行精确定位，并通过光电跟踪摄像头与水下移动激光成像雷达联动的形式，可以在三位空间准确锁定目标，提高对威胁目标的探测效率，进行定向跟踪并报警，从根本上杜绝了浮标被破坏的可能；2、浮标采用重心下沉式结构设计，具备更好的抗风能力，稳定性极大地提高；3、通过浮力板周侧的密封胶保证浮力板上端电子控制舱的安全，同时此浮标可以作为沿海海面和海底防御设备；4、通过漂浮板随海水波浪的波动带动螺旋杆上下移动从而带动旋转盘转动进行发电，保证了浮标系统的电力供应，大大提高了浮标系统的工作时间。
附图说明
图1为本发明海洋监测浮标系统整体结构示意图。
图2为本发明海洋监测浮标系统流程图。
图3为本发明海洋监测浮标系统浮力舱结构示意图。
图4为本发明海洋监测浮标系统浮力调整机构结构示意图。
图5为本发明海洋监测浮标系统调整机构局部示意图。
图6为本发明海洋监测浮标系统的回力弹簧结构示意图。
图7为本发明海洋监测浮标系统旋转盘结构示意图。
图8为本发明海洋监测浮标系统旋转固定装置结构示意图。
附图标记：1、浮标本体，2、浮力舱，3、固定装置，4、电源系统，5、电池模块，6、充电装置，7、水声环境参数测量模块，8、通信模块，9、位置监测模块，10、水面目标识别与预警模块，11、数据采集系统，12、标准水听器，13、数据传输电台，14、通信天线，15、跟踪系统，16、识别雷达，17、工控机，18、储存装置，19、信号接收机，20、光电跟踪摄像头，21、太阳能电池板，22、浮力调整装置，23、浮力板，24、浮力调整活动机构，25、调整支柱，26、调整连板，27、左板，28、中板，29、右板，30、伸缩电机，31、螺旋杆，32、螺旋套，33、螺旋筒，34、固定连接杆，35、配重块，36、旋转电机，37、信号接收天线，38、水下移动激光成像雷达，39、电子控制舱，40、滑动柱，41、滑动板，42、引导槽，43、上连接杆，44、下连接杆，45、回力挡板，46、回力弹簧，47、推板套，48、漂浮板，49、动力螺杆，50、旋转盘，51、固定座，52、旋转齿，53、传送带，54、发电机，55、上夹持筒，56、下夹持筒，57、旋转轮珠，58、上推板。
具体实施方式
下面内容结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例
如图1和图2所示一种基于目标预警的海洋监测浮标系统，包括浮标本体1，所述浮标本体1包括浮力舱2和固定装置3，所述浮力舱2下端安装有固定装置3，所述浮标本体1上设置有电源系统4，所述电源系统4包括电池模块5和充电装置6，所述电池模块5与所述充电装置6连接，所述电源系统4分别与水声环境参数测量模块7、通信模块8、位置监测模块9、水面目标识别与预警模块10、数据采集系统11电连接，所述水下环境参数测量模块7包括电子控制舱39，所述电子控制舱39与多个标准水听器12连接，所述通信模块8分别与所述水声环境参数测量模块7、位置监测模块9和所述数据采集系统11电连接，所述通信模块8包括数据传输电台13，所述数据传输电台13的信号口连接有通信天线14，所述水面目标识别与预警模块10包括跟踪系统15和识别雷达16，所述数据采集系统11包括工控机17和储存装置18，所述工控机17分别与水下环境参数测量模块7、位置监测模块9和水面目标识别与预警模块10电连接，所述位置监测模块9包括信号接收机19，所述信号接收机19、数据传输电台13、识别雷达16和电子控制舱39分别与所述工控机17电连接，所述浮力舱2上端设置有通信天线14、识别雷达16和光电跟踪摄像头20，所述光电跟踪摄像头20与工控机17电连接，所述跟踪系统15包括光电跟踪摄像头20，所述光电跟踪摄像头20与工控机17连接，所述工控机17与水下移动激光成像雷达38连接，所述光电跟踪摄像头20与所述水下移动激光成像雷达38联动进行水下目标预警与识别；水下移动激光成像雷达38能够对物体三维精细成像，同时可以在三维空间准确锁定目标，从而提高了对威胁目标的探测效率；
浮力舱2下方所有标准水听器12通过水密接插件与电子控制舱39连接,所以可灵活配置外挂传感器数量,使浮标具有不同的监测目标距离和背景环境噪声监听能力，有蛙人或水下航行器闯入时，控制中心可根据水听器实时监测的水下噪声，进行噪声参数数据分析，分析是否有水下入侵者，由于标准水听器12无法监测入侵者的入侵方向和距离，通过增加水面目标识别与预警模块10，进行方向和距离分析，准确进行目标定位，水面目标识别与预警模块10具有极高的空间和时间分辨能力，同时在白天和夜晚可以对周边一定范围内的空域环境和目标作全方位探测、跟踪、监视和预警，识别雷达16根据预设定的警戒圈，对闯入警戒圈的目标进行识别侦查，跟踪系统15根据识别雷达16提供的apar信号，可连续地跟踪目标，并随目标移动并动态跟踪，发出警报到控制中心，
数据采集系统采用基于低功耗嵌入式工控机和大容量固态硬盘记录容量限制仅取决于硬盘的技术发展，数据采集系统设计为12通道同步采样的adc部件,适应通道间有相位关系要求的信号采集；整个设备的遥控和管理,采用简单的单片机和fpga电路构成，与不同外接传感器相匹配的信号处理(放大、滤波、增益控制等)插件板可自由更换，现设有12个传感器信号输入水密接插件,每一个都可以是多芯或者8芯,以适应不同传感器的复杂接线要求，不进行数据采集时,可在遥控指令管理下,使系统处于低功耗值班状态(仅有高精度亚米级接收机、电台接收机及少量支撑电路工作)，可增加承载有限电池容量下的海上工作周期。
其中，所述电子控制舱39能够连接1-8个标准水听器12，所述标准水听器12与所述电子控制舱39通过水密插接件连接；浮力舱2下方2米深度处能够吊挂3个或者4个或者6个或者8个标准水听器12，其中八个标准水听器12效果最好，监测能力最强。
所述通信天线14采用直径30mm铜管天线，所述铜管天线外表面包裹有玻璃钢材质防腐层；采用玻璃钢裹敷和加强直径30毫米铜管天线结构，极大地改善了天线系统的可靠性和稳定性,另外,采用了加感线圈和加顶电容,大大提高了天线有效高度，电台的电功率约为35瓦,采用psk编码,通信遥控系统更加稳定，通信距离能够达到地波(海面)半径150海里，遥控可靠性能达到99％-100％。
所述信号接收机19采用高精度亚米级接收机，所述信号接收机19连接有信号接收天线37，所述信号接收天线37安装于所述浮力舱2上端，所述高精度亚米级接收机测量半径为1-5m；浮标系统利用高精度亚米级接收机每1分钟或者3分钟或者5分钟或者10分钟向控制中心发送一次浮标位置和工况的报告,使在大面积海域上布设的多枚浮标时刻处于监控之下，通过信号接收天线37增强信号。
所述电池模块5为免维护铅酸蓄电池，所述充电装置6包括太阳能电池板21，所述太阳能电池板21与所述免维护铅酸电池电连接；采用太阳能电池板21和免维护铅酸蓄电池；能够保证浮标海上2年工作时间内无需更换，极大地提高了浮标的使用效率。
如图3和图4所示，所述浮力舱2内安装有浮力调整装置22，所述浮力调整装置22包括浮力板23，所述浮力板23上端安装有电子控制舱39，所述电子控制舱39一侧分别安装有信号接收机19、数据传输电台13和工控机17，所述浮力板23下端安装有浮力调整活动机构24，所述浮力调整活动机构24包括调整支柱25，所述调整支柱25上端安装于所述浮力板23下端面，所述调整支柱25下端安装于调整连板26上，所述调整连板26包括左板27、中板28和右板29，所述左板27活动连接于所述浮力板23左侧下端，所述右板29活动连接于所述浮力板23右侧下端，所述中板28分别与所述左板27和所述右板29活动连接，所述中板28上端中部固定连接有调整支柱25；通过浮力舱2内设置有浮力板23能够根据海面波浪进行随时调整吃水线，保证浮标本体1不倾斜侧翻，通过浮力板23下方的浮力调整装置22对进入浮力舱2的水面进行高度进行动力调整，通过调整连板26实现海面高度的调整，同时浮力舱2采用中间宽上下两端窄的不倒翁的结构，其中浮力板23下端两侧的浮力舱2内壁上设置有进水孔，这样海水能够进入，同时通过调整连板26能够调整海水进入量，这样保证浮力舱2的空间来保证浮力，其中浮力板23周侧使用密封胶密封，保证浮力板23上端的电子控制舱39的安全。
如图4所示，所述调整支柱25为伸缩支柱，所述伸缩支柱上端安装有伸缩电机30，所述伸缩电机30的转轴上连接有螺旋杆31，所述螺旋杆31上设置有螺旋套32，所述螺旋套32上安装有螺旋筒33，所述螺旋筒33与所述中板28固定连接；通过调整支柱25的伸缩能够完成对调整连板26的驱动，保证调整连板26的堵水和排水作用，从而起到了控制浮力的方法，通过螺旋筒33的旋转伸长保证调整连板的伸出，同时在移动排水过程中通过左板27和右板29上的活动轴带动左板27和右板29在两侧的浮力舱2内壁上的引导槽内滑动，便于调整连板26的上下移动，保证能够将水排出，为保证左板27和右板29在螺旋杆31的伸缩过程中的移动，保证移动的顺滑性，分别在左板27和右板29上下两侧设置两个滑动柱40，滑动柱40前端设置于有滑动板41，所述滑动板41安装于所述浮力舱2内壁的前端和后端，浮力舱2内壁上设置有引导槽42，滑动板41镶嵌于引导槽42内，同时左板27和右板29紧贴浮力舱2内壁移动保证密封效果，不漏水，同时为保证浮标本体1的浮力，调整连板26调整位置能够调整到浮力舱2竖直高度的三分之一位置处，浮力舱2下端有海水进入，保证浮标本体1的安全防止侧翻。
所述左板27、中板28和所述右板29上端面和下端面分别铺设有一层防水橡胶层，所述防水橡胶层与所述浮力板23下端的浮力舱2内壁密封活动连接；通过防水橡胶层完成对调整连板上端和下端的防水作用，保证调整连板26将水排出。
所述固定装置3包括固定连接杆34，所述固定连接杆34下端安装有配重块35，所述配重块35下端安装有标准水听器12，所述标准水听器12下端安装有所述水下移动激光成像雷达，所述水下移动激光成像雷达与所述标准水听器12之间设置有旋转电机36；浮力舱2下端安装固定装置3，其中固定连接杆34下端安装有配重块35、标准水听器12和水下移动激光成像雷达，其中水下激光成像雷达到固定连接杆34上端的距离设置为2m，设置为2m既能保证浮力舱2安全不侧翻，同时还能够更大限度的测量水下目标。
所述固定连接杆34包括上连接杆43和下连接杆44，所述上连接杆43安装于所述浮漂本体1上，所述下连接杆44与所述上连接杆43活动连接，所述上连接杆43下端固定设置有回力挡板45，所述回力挡板45上安装有回力弹簧46，所述回力弹簧46套装于上连接杆43上，所述回力挡板45上端安装有所述下连接杆44的上推板58，所述上推板58套装于所述上连接杆43上，所述上推板58下端的所述下连接杆44上设置有推板套47，所述推板套47固定于下连接杆44上端，所述下连接杆44下端部连接有漂浮装置；通过上连接杆与下连接杆活动连接为下连接杆上升下降提供基础，同时在通过回力弹簧完成对下连接杆的下降提供动力，保证上下连接杆在海种由于海水波动产生动力。
优选的，所述漂浮装置包括漂浮板48，所述漂浮板48上安装有多个动力装置，漂浮挡板与固定连接杆活动连接，所述动力装置包括动力螺杆49，所述动力螺杆49活动连接于所述浮漂本体1内部的旋转固定装置上，所述旋转固定装置包括旋转盘50和固定座51，所述固定座51安装于所述浮漂本体1一侧，所述固定座51上固定所述旋转盘50，所述旋转盘50中心位置设置有旋转齿52，所述旋转齿52与所述动力螺杆49转动连接，所述旋转盘50通过固定座51上的夹持装置固定，所述旋转盘50外侧通过传动带53连接于发电机54上；通过动力螺杆49与旋转盘50的上下滑动动力螺杆49带动旋转盘50进行转动，同时在旋转盘50转动的同时通过传动带53动发电机进行发电。
优选的，所述夹持装置包括上夹持筒55和下夹持筒56，所述上夹持筒55与所述旋转盘50上端面滑动连接，所述下夹持筒55与所述旋转盘50下端面滑动连接；通过夹持装置固定保持旋转盘50在转动的稳固，同时在下夹持筒55与旋转盘50下端面之间社设置有旋转轮珠57，上夹持筒56与旋转盘50上端面之间设置有旋转轮珠57，旋转轮珠57在旋转盘50的沟槽内旋转。
本发明的有益效果：1、通过标准水听器与水面目标识别与预警模块的配合对目标进行精确定位，并通过光电跟踪摄像头与水下移动激光成像雷达联动的形式，可以在三位空间准确锁定目标，提高对威胁目标的探测效率，进行定向跟踪并报警，从根本上杜绝了浮标被破坏的可能；2、浮标采用重心下沉式结构设计，具备更好的抗风能力，稳定性极大地提高；3、通过浮力板周侧的密封胶保证浮力板上端电子控制舱的安全，同时此浮标可以作为沿海海面和海底防御设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换均视为在本发明的保护范围之内。