[發(fā)明專利]基于光纖水聲傳感器陣列的內(nèi)河航道實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410681597.0
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104408973A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳靖峰;耿軍平;梁仙靈;金榮洪;段陸洋
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G08G3/00
• 分類號: G08G3/00;G08C23/02;G08C23/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中;劉翠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種通過處理接收到的光纖水聲傳感器的信號，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)水域船只進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的基于光纖水聲傳感器陣列的內(nèi)河航道實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基于光纖傳感器的水下探測可以遠(yuǎn)距監(jiān)測，快速獲取水中目標(biāo)特征，不易受自然環(huán)境限制，已被用于各國的近海海域安全防御。由于海洋水聲環(huán)境比內(nèi)河航道平坦、干凈，目前的水下光纖傳感器探測系統(tǒng)無法直接用于內(nèi)河航道監(jiān)測。

另一方面，很多地區(qū)內(nèi)河航運(yùn)交通繁忙，船只數(shù)量龐雜，缺少有效監(jiān)測，目前常用的河道監(jiān)測方式有以下幾種：基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測、基于紅外成像系統(tǒng)的監(jiān)測、基于AIS系統(tǒng)的監(jiān)測和人工監(jiān)測。

但是傳統(tǒng)的監(jiān)測方式易受到不同客觀條件的限制，無法實(shí)現(xiàn)全天候、全自動(dòng)的監(jiān)測，如視頻監(jiān)測系統(tǒng)雖可在復(fù)雜背景中自動(dòng)識別目標(biāo)，但其缺點(diǎn)是系統(tǒng)嚴(yán)重依賴光照條件，僅適用于白天光照較好的情況下，黑夜、大霧都會(huì)嚴(yán)重影響其使用效果；紅外成像雖具有隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但其仍是一種基于半人工輔助的監(jiān)測系統(tǒng)，目標(biāo)的獲取需要人工輔助才可以完成；AIS系統(tǒng)雖可以獲取較為全面和完整的船舶信息，但是它的監(jiān)測是被動(dòng)的，要求目標(biāo)船舶上必須安裝AIS設(shè)備且正常工作，這樣目標(biāo)船只的合作與否將會(huì)很大程度上影響到監(jiān)測結(jié)果；而人工監(jiān)測方法雖簡單易行，但其結(jié)果也易受到觀察人員水平、責(zé)任心等主觀因素和天氣、觀察時(shí)間等客觀因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前內(nèi)河航道船只監(jiān)測系統(tǒng)中面臨的問題，本發(fā)明提供了一種基于光纖水聲傳感器陣列的內(nèi)河航道實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對內(nèi)河航道船只目標(biāo)的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)、定位、測向、測速等監(jiān)測功能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種基于光纖水聲傳感器陣列的內(nèi)河航道實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括至少兩條光纖水聲傳感器陣列、光電轉(zhuǎn)換模塊和信號處理模塊，其中，每一條光纖水聲傳感器陣列均包括多個(gè)光纖水聲傳感器單元和一條通信光纜，光纖水聲傳感器單元接收河道中船只聲場信號后轉(zhuǎn)換為光信號，通過通信光纜傳輸至岸上光電轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)基站內(nèi)的端機(jī)中；光電轉(zhuǎn)換模塊包括光前置放大器、光功率放大器、光電轉(zhuǎn)換器和信號采集卡，通信光纜傳輸進(jìn)來的光信號依次經(jīng)過光前置放大器和光功率放大器后輸入光電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為電信號后通過信號采集卡采集并解調(diào)，最后通過端機(jī)將解調(diào)后的信號通過同軸電纜傳輸至信號處理模塊，由信號處理模塊執(zhí)行監(jiān)測方法實(shí)現(xiàn)對內(nèi)河河道船只指標(biāo)的監(jiān)測。

優(yōu)選地，所述光纖水聲傳感器陣列為兩條，兩條光纖水聲傳感器陣列分別布設(shè)在河床并垂直于河道，其中每一條陣列分別設(shè)有八個(gè)光纖水聲傳感器單元。

優(yōu)選地，所述信號處理模塊的監(jiān)測方法在計(jì)算機(jī)或信號處理控制板上執(zhí)行。

優(yōu)選地，所述船只指標(biāo)包括流量、位置、航向及航速。

優(yōu)選地，所述信號處理模塊執(zhí)行的監(jiān)測方法，包括如下步驟：

步驟1，提取輸入信號并校準(zhǔn)光纖水聲傳感器陣列；

步驟2，對輸入信號的峰值點(diǎn)進(jìn)行判決；

步驟3，動(dòng)態(tài)特征頻點(diǎn)提取；

步驟4，根據(jù)步驟3中提取的動(dòng)態(tài)特征頻點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)特征頻點(diǎn)提取；

步驟5，相關(guān)峰值點(diǎn)元胞提取；

步驟6，對比度計(jì)算；

步驟7，船只數(shù)量、位置判斷；

步驟8，船只航向、航速判斷。

優(yōu)選地，所述步驟1具體為，提取輸入的陣列信號，通過各個(gè)陣元間信號幅值間縱向?qū)Ρ群兔總€(gè)陣元與初始設(shè)置值之間橫向?qū)Ρ龋?zhǔn)陣列接收信號幅值。

優(yōu)選地，所述步驟2具體為，利用擬合方法去除信號中趨勢項(xiàng)，將輸入信號進(jìn)行帶通濾波，取出聲壓級的峰值點(diǎn)，設(shè)定不同閾值剔除掉毛刺噪聲和不符合要求的峰值點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述步驟3和步驟4具體為，當(dāng)在某時(shí)刻步驟2判決該時(shí)刻為峰值點(diǎn)時(shí)，提取該峰值點(diǎn)時(shí)刻前后各10秒為一個(gè)時(shí)間段，加入滑動(dòng)窗函數(shù)做FFT(快速傅氏變換)提取動(dòng)態(tài)特征頻點(diǎn)并存入動(dòng)態(tài)特征頻點(diǎn)矩陣；設(shè)定門閾值，提取動(dòng)態(tài)特征頻點(diǎn)矩陣中出現(xiàn)次數(shù)和能量值超過門閾值的特征頻點(diǎn)作為靜態(tài)特征頻點(diǎn)，存入靜態(tài)特征頻點(diǎn)矩陣。

優(yōu)選地，所述步驟5具體為，光纖水聲傳感器陣列中任一光纖水聲傳感器單元在某時(shí)刻判決出現(xiàn)峰值點(diǎn)時(shí)，以該時(shí)刻為臨時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)，提取其后一段時(shí)間內(nèi)所有光纖水聲傳感器單元判決出的峰值點(diǎn)，并存入相關(guān)峰值點(diǎn)元胞。