一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111880192A(43)申请公布日2020.11.03(21)申请号202010754732.5(22)申请日2020.07.31(71)申请人湖南国天电子科技有限公司地址410000湖南省长沙市岳麓西大道芯城科技园3栋12层(72)发明人肖志伟吕冰冰江峦陈路陈新杨睿邹功锋(74)专利代理机构长沙大珂知识产权代理事务所(普通合伙)43236代理人伍志祥(51)Int.Cl.G01S17/89(2020.01)G01S17/86(2020.01)G01S7/481(2006.01)B63B22/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置及系统(57)摘要本发明公开了一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置及系统，装置包括浮力舱、水面目标识别与预警装置、用于通信的定位和信号传输装置、位于浮力舱下部的水下重块、若干个标准水听器、水下激光雷达和底锚。监测浮标布置海上时，在水面和水下都布置有目标识别与预警系统，从根本上杜绝了浮标被破坏的可能；通过建立单光子激光雷达精细成像模型，通过深度、强度和图像背景的依次去躁及点云恢复，能够呈现精细的图像特征，进行有效预警，可以满足速度、清晰度的要求；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和12通道同步采样的ADC部件，适用于不同通道间有相位关系要求的信号采集，同时满足了不同传感器的复杂接线要求。CN111880192ACN111880192A权利要求书1/2页1.一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标系统，其特征在于，包括水下环境噪声测量模块(8)、水下目标识别与预警模块(9)、水面目标识别与预警模块(10)、通信模块(11)、位置监测模块(12)、数据采集系统(13)和电源系统(14)；所述通信模块(11)包括定位模块(11-1)和短波信号传输模块(11-2)；所述水下激光雷达精细成像采用单光子激光雷达精细成像模型，所述激光雷达精细成像模型建立方法，包括以下步骤：1)将激光雷达精细成像的图像的像素Nr×Nc以及直方图列向量T激光雷达立方体数据用模拟观测值Z表示，其中光子计数记录于像素(i，j)以及直方图列向量t中，形成激光雷达数据立方体集合[Z]i，j，t＝zi，j，t∈Z+＝{0，1，2，...}；2)采用点集合NΦ构建三维点云，其中Φ＝{(cn，rn)n＝1，...，NΦ}，其中cn是点的实际坐3标，且cn∈R，rn是点的非标准反射率强度，且rn∈R+；T3)点cn根据公式f(cn)＝[i，j，tn]投射到激光雷达数据立方体；4)模拟观测值Z与模型其他参数之间的关系表示为其中，t∈{1，...，T}，hi，j(·)是水下激光雷达相关的每像素时间雷达响应，bi，j是以像素(i，j)表示的当前背景级别，gi，j是表示探测器灵敏度的比例因子，指数集合Ni，j对应于映射到像素(i，j)的点(cn，rn)；5)假设不同时间点和像素的噪声实现相互独立，构建与观测值zi，j，t相关的负对数似然函数，形成激光雷达精细成像的图像观测值最大似然估计值g(t，r，b)其中，p(zi，j，t|t，r，bt，j)是与泊松分布相关的概率质量。2.根据权利要求1所述的一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标系统，其特征在于，所述水下目标识别与预警模块(9)采用水下激光雷达对物体三维精细成像，并在三维空间锁定目标。3.根据权利要求1所述的一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标系统，其特征在于，所述数据采集系统采用12通道同步采样的ADC部件。4.一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置，其特征在于，包括浮力舱(1)、位于浮力舱(1)上部的水面目标识别与预警装置(2)、用于通信的定位接收机(3)及定位接收机天线(3-1)和短波电台(4)及短波天线(4-1)、用于位置检测的高精度亚米级接收机、位于浮力舱下部的水下重块(5)、若干个标准水听器(6)、水下激光雷达(7)和底锚(7-1)。5.根据权利要求4所述的一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置，其特征在于，所述标准水听器(6)的个数为2个～8个；所述水下重块(5)通过连接杆(5-1)与所述浮力舱(1)连接。6.根据权利要求4水面目标识别与预警装置(2)包括光电跟踪摄像头(2-1)和固态值守雷达(2-2)。2CN111880192A权利要求书2/2页7.根据权利要求4所述的一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置，其特征在于，所述短波天线(4-1)采用玻璃钢裹敷，并加强30毫米铜管制作而成。8.根据权利要求7所述的一种基于水面和水下目标预警的海洋监测浮标装置，其特征在于，所述短波天线(4-1