一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統的製作方法
2023-12-10 08:05:12
一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統包括水下部分1和地面部分2，其中水下部分包括潛航系統、兩軸轉臺、掃描機構19、水聲信號傳輸系統5；地面部分包括水聲信號接收系統30和監控設備35。主要原理是雷射經人造物體反射後，成為部分偏振光或線偏振光,反射光的偏振特性蘊含了目標多種信息。水下人造目標和自然目標的紋理結構、表面狀態和材料類型存在區別，得到不同偏振特性的反射雷射，利用攝像機前置偏振鏡提取不同偏振度圖像，通過圖像處理分離出人造目標。能夠輔助聲納技術，有效探測與識別潛艇、水雷等軍事目標，是一種高解析度、高靈敏度、高效率的探測手段。
【專利說明】一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於監控水底人造物體的潛航監控系統，特別是一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統。
【背景技術】
[0002]隨著海軍的戰略任務從深海對抗轉變為在有潛在敵意的沿海水域保持軍事部署，水雷戰和反水雷戰就愈發重要起來。同時現代潛艇靜音技術越來越先進，單一的聲納探測技術已經不能滿足現代戰爭的需要。隨之，利用光的探測也逐步被應用到軍事探測中來了。
[0003]偏振檢測技術是近幾年發展起來的新型遙感探測技術。眾所周知，地球表面和大氣中的任何目標，在反射、散射和電磁輻射過程中，會產生由其自身特性決定的特徵偏振。偏振成像可以增加目標的信息量，在某種程度上能大大提高目標探測和識別的準確度，是其它探測手段無法替代的新型對地探測技術。國內外基本還處於實驗室初步研究階段，實際應用的系統非常少，而且研究應用的背景幾乎全部是地面與大氣環境。由於光在水下的衰減很大，傳輸距離非常有限，因此其水下應用受到了一定的限制。
[0004]但是，隨著雷射技術特別是「海洋窗口」藍綠雷射技術的發展，雷射水下的傳輸距離在不斷增加，基於雷射偏振特性檢測的水下目標探測與識別技術會得到越來越多的關注，必將稱為偏振檢測研究中的一個熱點，同時具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。
[0005]在傳統的圖像處理、分析過程中採用的技術都是基於光的強度特徵和波長特徵所提供的信息，這使得圖像處理和分析算法很複雜，並且只能對圖像中目標的輪廓、類別等作一些初步的分析，而對於圖像中目標的一些本質特徵難以作出正確的理解。因此，傳統的光學成像探測技術很難有效地檢測和辨別目標的真偽。
[0006]本發明採用偏振探測技術，利用反射光的偏振特性實現目標的探測與識別，將有望解決「零噪聲」潛艇和水雷的探測問題。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是:針對目前在光學探測中不能長距離監測和圖像處理中不能正確的顯示圖像中目標的本質特徵等不足，提供一種使用雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，具有聞解析度、聞靈敏度、聞效率等特點，可實現超靜首水底目標的探測。
[0008]本發明採用的技術方案是:一種使用雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，包括水下部分和地面部分，其中水下部分包括潛航系統、兩軸轉臺、掃描機構、水聲信號傳輸系統；地面部分包括水聲信號接收系統和監控設備。
[0009]所述的潛航系統包括安裝平臺、升潛推進器、移動推進器、氣囊，安裝平臺用於安裝兩軸平臺、升潛推進器、移動推進器、氣囊和水聲信號傳輸系統，其中升潛推進器對稱的安裝在平臺的兩側；氣囊通過固定架對稱安裝在平臺兩側的下方；移動推進器安裝在平臺的尾部；水聲信號傳輸系統安裝在平臺尾部的上方。潛航器利用升潛推進器和移動推進器潛航至檢測目的地後，通過調節氣囊的充氣量實現懸停，並開始監控。[0010]所述的兩軸轉臺包括方位轉軸、方位從動齒輪、方位主動齒輪、方位伺服電機、俯仰轉軸、俯仰支架、俯仰主動齒輪、俯仰從動齒輪、俯仰伺服電機。方位從動齒輪通過方位轉軸安裝在平臺上，通過方位伺服電機帶動方位主動齒輪實現方位調節；俯仰支架固定在方位從動齒輪上；俯仰伺服電機固定在俯仰支架上，俯仰從動齒輪通過俯仰轉軸安裝在平俯仰支架上，通過俯仰伺服電機帶動俯仰主動齒輪實現掃描機構俯仰角度調節；掃描機構通過固定架安裝在俯仰轉軸上。
[0011]所述的兩軸轉臺有兩套，分別安裝在平臺的上下兩側，上側的轉臺可以實現上半球任何角度目標的監控，下側的轉臺可以實現下半球任何角度目標的監控。
[0012]所述的轉臺和掃描機構通過半球狀的透明罩封閉，可以有效控制海水對轉臺和掃描機構的腐蝕破壞。
[0013]所述的掃描機構包括偏振片、濾光片、ICCD、偏振片控制器、CCD控制器、脈衝綠雷射器、同步控制器、圖像處理器。綠雷射器用於發射主動光源，反射的光通過偏振片、濾光片、ICXD將掃描的圖像經同步控制器配準和融合後，傳輸給圖像處理器，經圖像處理器處理的圖像通過水聲信息傳輸系統傳出。
[0014]所述的水聲信息接收系統主要用於接收由水聲信息傳輸系統傳輸的圖像信息，圖像信息經信號放大器放大後傳輸給PGB監視器，通過監視器了解水底的檢測目標信息。系統通過水麵浮標來實現對水聲信號接收系統的定位。
[0015]本發明所採用的主要原理是:雷射經人造物體反射後，成為部分偏振光或線偏振光，反射光的偏振特性蘊含了目標多種信息。水下人造目標和自然目標的紋理結構、表面狀態和材料類型存在區別，得到不同偏振特性的反射雷射，利用攝像機前置偏振鏡提取不同偏振度圖像，通過圖像處理分離出人造目標。
[0016]本發明以綠雷射作為照明光源，減少環境光源影響，提高系統的作用距離和探測精度。採用距離選通技術，使用脈衝雷射和具有選通功能的ICCD，大大改善成像質量，增強了系統探測與識別目標的能力，在ICCD前加上可以旋轉的偏振片，獲得不同偏振狀態的圖像，經偏振差分處理得到圖像細節信息，利用材料偏振度圖的平均灰度值差異，光波偏振態的變化可以反演被探測目標的紋理結構、表面狀態和材料類型等，從而實現目標的識別。
[0017]本發明的主要技術指標是:(I)水密性:系統在水下連續工作無滲水現象；(2)實時性:圖像採集與處理的時間小於2秒；(3)作用距離:不小於100米；(4)綠雷射波段為0.52 μ mD
[0018]本發明所實現的技術優勢是:通過掃描機構前置偏振鏡提取不同偏振度圖像，偏振圖像可以表徵一些強度測量很難表徵的信息，在低照度條件下亦能有效識別，解析度高，隱蔽性強。再利用圖像處理軟體對偏振圖像進行處理，最後實現對目標的識別。能夠輔助聲納技術，有效探測與識別潛艇、水雷等軍事目標，是一種高解析度、高靈敏度、高效率的探測手段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是系統組成圖 圖2是水下部分結構圖 圖3是轉臺結構圖(上側) 圖4是轉臺結構圖(下側)
圖5是掃描機構結構圖(去除上半部分殼體)
圖6是地面部分組成圖
其中:1.水下部分2.地面部分3.透明罩4.安裝平臺5.水聲信號傳輸系統6.移動推進器7.氣囊8.升潛推進器9.掃描機構10.掃描機構安裝架11.俯仰支架12.俯仰轉軸13.方位從動齒輪14.俯仰伺服電機15.方位轉軸16.方位主動齒輪17.方位伺服電機161.俯仰主動齒輪131.俯仰從動齒輪18.氣囊安裝架19.掃描殼體20.CCD控制器21.1CXD 22.濾光片23.偏振片24.偏振片控制器25.綠雷射器26.雷射器支架27.圖像處理器28.無線傳輸模塊29.同步控制器30.水聲信號接收系統31.浮標32.傳輸線33.信號放大器34.工作檯35.PGB監視器36.地面。
【具體實施方式】
[0020]如圖所示，本發明包括水下部分I和地面部分2，其中水下部分包括潛航系統、兩軸轉臺、掃描機構19、水聲信號傳輸系統5 ;地面部分包括水聲信號接收系統30和監控設備35。
[0021]潛航系統包括安裝平臺4、升潛推進器8、移動推進器6、氣囊7，安裝平臺4用於安裝兩軸平臺、升潛推進器8、移動推進器6、氣囊7和水聲信號傳輸系統5，其中升潛推進器8對稱的安裝在平臺4的兩側；氣囊7通過固定架18對稱安裝在平臺4兩側的下方；移動推進器6安裝在平臺4的尾部；水聲信號傳輸系統5安裝在平臺4尾部的上方。潛航器利用升潛推進器8和移動推進器6潛航至檢測目的地後，通過調節氣囊7的充氣量實現懸停，並開始監控。
[0022]兩軸轉臺包括方位轉軸15、方位從動齒輪13、方位主動齒輪16、方位伺服電機17、俯仰轉軸12、俯仰支架11、俯仰主動齒輪161、俯仰從動齒輪131、俯仰伺服電機14。方位從動齒輪13通過方位轉軸15安裝在平臺4上，通過方位伺服電機17帶動方位主動齒輪16實現方位調節；俯仰支架11固定在方位從動齒輪上13 ;俯仰伺服電機14固定在俯仰支架11上，俯仰從動齒輪131通過俯仰轉軸12安裝在俯仰支架11上，通過俯仰伺服電機14帶動俯仰主動齒輪161實現掃描機構9俯仰角度調節；掃描機構9通過固定架10安裝在俯仰轉軸12上。
[0023]兩軸轉臺有兩套，分別安裝在平臺4的上下兩側，上側的轉臺可以實現上半球任何角度目標的監控，下側的轉臺可以實現下半球任何角度目標的監控。
[0024]轉臺和掃描機構9通過半球狀的透明罩3封閉，可以有效控制海水對轉臺和掃描機構的腐蝕破壞。
[0025]掃描機構9包括偏振片23、濾光片22、I(XD 21、偏振片控制器24、(XD控制器20、脈衝綠雷射器25、同步控制器29、圖像處理器27。綠雷射器25用於發射主動光源，反射的光通過偏振片23、濾光片22、ICXD 21將掃描的圖像經同步控制器29配準和融合後，傳輸給圖像處理器27，經圖像處理器27處理的圖像通過水聲信息傳輸系統5傳出。
[0026]水聲信息接收系統30主要用於接收由水聲信息傳輸系統傳輸的圖像信息，圖像信息經信號放大器33放大後傳輸給PGB監視器35，通過監視器了解水底的檢測目標信息。系統通過水麵浮標31來實現對水聲信號接收系統30的定位。[0027]本發明在軍事上具有廣泛的應用前景和重要的應用價值。與傳統聲納技術相比，具有探測靈活、響應迅速、更易識別目標、隱蔽性好和探測精度高等特點。與傳統被動式水下目標成像技術相比，採用「水下窗口」綠雷射主動照明，大大減小水下雜散光影響，增加對比度；將近年發展的距離選通技術應用到本系統，大大減少水體散射的影響，更有利於目標的探測與識別。 本發明可以推廣到諸多民用方面，如水產養殖、水下考古、水下沉船考察、水中垃圾監測、水下作業、水下丟失武器裝備的搜尋、犯罪物證搜索和涉水事故調查、救助打撈、海洋生物觀察和相關科學研究等領域。本發明的開發與應用有望發展一種全新的水下目標探測與識別技術，對於提高我國水下兵器在複雜海洋環境下的作戰能力具有十分重要的意義。
【權利要求】
1.一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統包括水下部分I和地面部分2，其中水下部分包括潛航系統、兩軸轉臺、掃描機構19、水聲信號傳輸系統5 ;地面部分包括水聲信號接收系統30和監控設備35。
2.根據權利要求1所述的一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，其特徵在於潛航系統包括安裝平臺4、升潛推進器8、移動推進器6、氣囊7，安裝平臺4用於安裝兩軸平臺、升潛推進器8、移動推進器6、氣囊7和水聲信號傳輸系統5，其中升潛推進器8對稱的安裝在平臺4的兩側；氣囊7通過固定架18對稱安裝在平臺4兩側的下方；移動推進器6安裝在平臺4的尾部；水聲信號傳輸系統5安裝在平臺4尾部的上方。
3.潛航器利用升潛推進器8和移動推進器6潛航至檢測目的地後，通過調節氣囊7的充氣量實現懸停，並開始監控。
4.根據權利要求1所述的一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，其特徵在於兩軸轉臺包括方位轉軸15、方位從動齒輪13、方位主動齒輪16、方位伺服電機17、俯仰轉軸12、俯仰支架11、俯仰主動齒輪161、俯仰從動齒輪131、俯仰伺服電機14 ;方位從動齒輪13通過方位轉軸15安裝在平臺4上，通過方位伺服電機17帶動方位主動齒輪16實現方位調節；俯仰支架11固定在方位從動齒輪上13 ;俯仰伺服電機14固定在俯仰支架11上，俯仰從動齒輪131通過俯仰轉軸12安裝在俯仰支架11上，通過俯仰伺服電機14帶動俯仰主動齒輪161實現掃描機構9俯仰角度調節；掃描機構9通過固定架10安裝在俯仰轉軸12上。
5.根據權利要求1所述的一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，其特徵在於兩軸轉臺有兩套，分別安裝在平臺4的上下兩側，上側的轉臺可以實現上半球任何角度目標的監控，下側的轉臺可以實現下半球任何角度目標的監控。
6.根據權利要求1所述的一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，其特徵在於轉臺和掃描機構9通過半球狀的透明罩3封閉，可以有效控制海水對轉臺和掃描機構的腐蝕破壞。
7.根據權利要求1所述的一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，其特徵在於掃描機構9包括偏振片23、濾光片22、I(XD 21、偏振片控制器24、(XD控制器20、脈衝綠雷射器25、同步控制器29、圖像處理器27 ;綠雷射器25用於發射主動光源，反射的光通過偏振片23、濾光片22、ICXD 21將掃描的圖像經同步控制器29配準和融合後，傳輸給圖像處理器27，經圖像處理器27處理的圖像通過水聲信息傳輸系統5傳出。
8.根據權利要求1所述的一種雷射偏振檢測的海底潛航監控系統，其特徵在於水聲信息接收系統30主要用於接收由水聲信息傳輸系統傳輸的圖像信息，圖像信息經信號放大器33放大後傳輸給PGB監視器35，通過監視器了解水底的檢測目標信息。
9.系統通過水麵浮標31來實現對水聲信號接收系統30的定位。
【文檔編號】G01S17/89GK103852764SQ201210522546
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2012年12月7日
【發明者】凌華 申請人:新昌縣冠陽技術開發有限公司