一种海面溢油探测装置的制作方法

本实用新型属于海上溢油探测技术领域，尤其涉及一种海面溢油探测装置。

背景技术：

在海上采油作业过程中，海面溢油是日常生产管理中安全、环保方面的重大风险点；若能及时检测预警，则可做到早发现早治理，从而减少对海洋环境的污染，并降低相应经济损失。现有海面溢油监测多以溢油雷达监测为主，辅以人工监测预警。但发明人发现，现有的海面溢油监测技术存在有诸多缺陷，例如：其在平静海面无法实施监测，且监测误报警率偏高等。因此，亟需本领域技术人员提供一种可靠性更强、探测能力更加的海面溢油探测设备。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种海面溢油探测装置，该种海面溢油探测装置可全天候自动探测海面有无溢油情况，具有监测预警及时、监测结构可靠等特点，可有效降低海面大面积溢油的风险。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种海面溢油探测装置，包括有：

中频信号接收转换模块、信号处理模块以及介电常数计算模块；

中频信号接收转换模块由右旋直射信号接收转换单元、左旋反射信号接收转换单元以及右旋反射信号接收转换单元构成；

所述右旋直射信号接收转换单元包括有右旋直射天线以及右旋直射模数转换芯片，用于接收导航卫星直射的电磁信号，并将导航卫星直射的电磁信号转化为直射射频电压信号；

所述左旋反射信号接收转换单元包括有左旋反射天线以及左旋反射模数转换芯片，用于接收导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的左旋分量，并将导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的左旋分量转化为左旋反射射频电压信号；

所述右旋反射信号接收转换单元包括有右旋反射天线以及右旋反射模数转换芯片，用于接收导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的右旋分量，并将导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的右旋分量转化为右旋反射射频电压信号；

信号处理模块中包括有AD量化译码器、直射信号处理通道、左旋反射信号处理通道、右旋反射信号处理通道、数字信号处理单元、直射值缓存单元、反射值缓存单元；

AD量化译码器对应导通右旋直射信号接收转换单元与直射信号处理通道，且对应导通左旋反射信号接收转换单元与左旋反射信号处理通道，以及对应导通右旋反射信号接收转换单元与右旋反射信号处理通道；

数字信号处理单元与直射信号处理通道相导通，用以实现对卫星的定位跟踪，得到卫星PRN号、卫星高度角、方位角信息以及直射射频电压信号的相关值信息；

直射相关值缓存单元与直射信号处理通道相导通，用于缓存直射射频电压信号的相关值信息；反射相关值缓存单元分别与左旋反射信号处理通道、右旋反射信号处理通道相导通，用于缓存左旋反射射频电压信号的相关值信息以及缓存右旋反射射频电压信号的相关值信息；

介电常数计算模块分别与直射相关值缓存单元、反射相关值缓存单元相导通，用于接收直射射频电压信号的相关值信息、左旋反射射频电压信号的相关值信息、右旋反射射频电压信号的相关值信息，并计算得到直射信号相关功率、左旋反射信号相关功率、右旋反射信号相关功率；并根据直射信号相关功率、左旋反射信号相关功率、右旋反射信号相关功率计算得到介电常数值。

优选的，信号处理模块中还包括有载波产生模块；所述载波产生模块分别与左旋反射信号处理通道以及右旋反射信号处理通道相导通，用于将多普勒控制字以及载波控制字分别送入左旋反射信号处理通道以及送入右旋反射信号处理通道。

优选的，信号处理模块中还包括有用于缓存卫星PRN号、卫星高度角、方位角信息的卫星参数缓存单元。

可选择的，信号处理模块中还包括有与反射相关值缓存单元相连接的非相干累加器。

可选择的，介电常数计算模块中还设置有USB输出模块，USB输出模块用于输出介电常数计算模块计算得到的介电常数值。

较为优选的，所述直射信号处理通道采用超前-即时-滞后相关通道结构。

较为优选的，所述海面溢油探测装置中还设置有固定在岸基平台上的支架立杆；

右旋直射天线在固定在支架立杆的最顶部，左旋反射天线与右旋反射天线设置在支架立杆非最顶部的同一水平高度位置处。

本实用新型提供了一种海面溢油探测装置，该海面溢油探测装置包括有中频信号接收转换模块、信号处理模块以及介电常数计算模块等结构单元。具有上述结构单元的海面溢油探测装置，其具有稳定无源、维护成本低等特点；应用于溢油监测时，可解决现有海面溢油监测技术无法监测平静海面的缺陷，可为降低海面溢油风险提供帮助。

附图说明

图1为本实用新型海面提供的海面溢油探测装置的结构框图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种海面溢油探测装置，该种海面溢油探测装置可全天候自动探测海面有无溢油情况，具有监测预警及时、监测结构可靠等特点，可有效降低海面大面积溢油的风险。

如图1所示，本实用新型提供了一种海面溢油探测装置包括有三部分结构单元：分别为中频信号接收转换模块、信号处理模块以及介电常数计算模块。其中，中频信号接收转换模块进一步由右旋直射信号接收转换单元、左旋反射信号接收转换单元以及右旋反射信号接收转换单元三部分构成。具体的，右旋直射信号接收转换单元包括有右旋直射天线以及右旋直射模数转换芯片，用于接收导航卫星直射的电磁信号，并将导航卫星直射的电磁信号转化为直射射频电压信号；左旋反射信号接收转换单元包括有左旋反射天线以及左旋反射模数转换芯片，用于接收导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的左旋分量，并将导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的左旋分量转化为左旋反射射频电压信号；右旋反射信号接收转换单元包括有右旋反射天线以及右旋反射模数转换芯片，用于接收导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的右旋分量，并将导航卫星经海面反射的前向电磁散射信号中的右旋分量转化为右旋反射射频电压信号。值得注意的是，作为本实用新型一种较为优选的实施方式，海面溢油探测装置中还设置有支架立杆，该支架立杆固定在岸基平台上，右旋直射天线固定于支架立杆的最顶部，而左旋反射天线与右旋反射天线则固定在支架立杆非最顶部的同一水平高度位置处，用来采集经海面反射的微弱的前向电磁散射信号。除此之外，技术人员还可以根据实际需要在右旋直射信号接收转换单元、左旋反射信号接收转换单元以及右旋反射信号接收转换单元中进一步优选设置有变频、滤波、增益电路，在此不做赘述。

信号处理模块中包括有AD量化译码器、直射信号处理通道、左旋反射信号处理通道、右旋反射信号处理通道、数字信号处理单元、直射值缓存单元、反射值缓存单元，以及优选设置的载波产生模块、卫星参数缓存单元、非相干累加器。其中，AD量化译码器对应导通右旋直射信号接收转换单元与直射信号处理通道，且对应导通左旋反射信号接收转换单元与左旋反射信号处理通道，以及对应导通右旋反射信号接收转换单元与右旋反射信号处理通道。具体的，AD量化译码器用于将相应接收转换模块接收到中频信号编译生成2bit数据，并送入至信号处理通道中，例如：将直射射频电压信号编译生成2bit数据并送入至直射信号处理通道。而直射信号处理通道采用超前-即时-滞后相关通道结构，其通过连接导通的数字信号处理单元的配合，完成对直射射频电压信号中码跟踪以及载波跟踪过程，从而实现对卫星的定位跟踪，并进一步得到卫星PRN号、卫星高度角、方位角信息以及直射射频电压信号的相关值信息。其中，卫星PRN号、卫星高度角、方位角信息等信息缓存至卫星参数缓存单元中，而直射射频电压信号的相关值信息缓存至直射相关值缓存单元中；同样的，左旋反射信号处理通道、右旋反射信号处理通道导通有反射相关值缓存单元，经处理所得到的左旋反射射频电压信号的相关值信息以及右旋反射射频电压信号的相关值信息被缓存至反射相关值缓存单元中。

而作为本实用新型一种较为优选的实施方式，载波产生模块分别与左旋反射信号处理通道以及右旋反射信号处理通道相导通；在多普勒控制字和载波控制字的共同作用下，载波产生模块产生各不相同多普勒的本地载波，并在相应的反射信号通道中进行载波的剥离；而后直接复用直射信号处理通道的相应C/A码并进行C/A码相关运算，生成复数形式的时延多普勒二维相关值；而优选设置的非相干累加器可对反射信号每一路输出的1毫秒的I、Q复数相关值经过乘法器和加法器进行平方和求和运算再进行累加，从而在1秒周期内的积分清零控制下，得到二维相关功率。

介电常数计算模块分别与直射相关值缓存单元、反射相关值缓存单元相导通，从而对应接收直射射频电压信号的相关值信息、左旋反射射频电压信号的相关值信息、右旋反射射频电压信号的相关值信息，并计算得到直射信号相关功率、左旋反射信号相关功率、右旋反射信号相关功率，而后进一步计算得到介电常数值。

首先，计算左旋反射率和右旋反射率。具体的，左旋反射信号相关功率、右旋反射信号相关功率分别与直射信号相关功率相除后，即可得到左旋反射率和右旋反射率。

Γ表示信号的反射率，其值为反射系数的平方；PR是反射信号相关功率，PD是直射信号相关功率；

根据建立的溢油探测模型，左旋反射率为：

右旋反射率为：

由于左旋反射分量和右旋反射分量都经过了相同的反射面，反射信号中包含有相同反射面的粗糙度特性，所以使用左旋反射分量与右旋反射分量相比的这种方式，在一定程度上可以减小粗糙度对结果反演带来的影响，即得到极化比溢油反演模型为：

式中：ε为介电常数；θ为卫星高度角，Γrl为左旋反射率，Γrr为右旋反射率；Γratio为反射率极化比。

而左旋反射率和右旋反射率其比值又进一步与卫星高度角和介电常数有关，因此在读取卫星参数缓存、获取卫星高度角数据的基础上，反演即可得到所需的介电常数值。值得注意的是，计算所得的介电常数值可由USB输出模块进行输出，并在远程控制终端(PC机端或手机端)上完成溢油数据的监测过程，例如工作人员可利用经验阈值的方法实现对溢油情况的判定，参考如下：

ε≤0，数据错误；

0＜ε＜10，基本全覆盖连续油膜；

10≤ε＜20，基本全覆盖絮状油膜或大部分覆盖连续油膜；

20≤ε＜40，部分覆盖油膜；

40≤ε＜60，部分覆盖油膜或油花覆盖或无油膜；

60≤ε，无油膜。

本实用新型提供了一种海面溢油探测装置，该海面溢油探测装置包括有中频信号接收转换模块、信号处理模块以及介电常数计算模块等结构单元。具有上述结构单元的海面溢油探测装置，其具有稳定无源、维护成本低等特点；应用于溢油监测时，可解决现有海面溢油监测技术无法监测平静海面的缺陷，可为降低海面溢油风险提供帮助。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。