[發明專利]一種多傳感器數據融合探測預警系統及方法

在審

• 申請號: 202011300570.4
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN114518583A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 劉興;開維賽爾;孟祥余;張浩
• 申請（專利權）人: 青島國數信息科技有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01N21/3504;G06F30/25;G06F111/08;G08B21/12;G08B21/18
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本發明提供一種紅外/激光雷達多傳感器數據融合探測預警系統，包括紅外探測模塊，激光測風模塊、數據處理模塊和控制中心，通過控制中心控制紅外探測傳感器和激光雷達掃描探測區域內大氣環境，利用差分吸收檢測技術反演出有害物質濃度，融合激光測風模塊采集的大氣數據和實時探測濃度數據，預測有害氣體擴散濃度分布。本發明結合了紅外與激光雷達，能夠解決多傳感器坐標不重合、污染預警不準確等問題，實現有害氣體污染的實時探測和準確預警。

技術領域

本發明涉及大氣探測領域，特別是涉及一種多傳感器數據融合探測預警系統及方法。

背景技術

光學遙測是檢測大氣中有害氣體的有效手段之一，廣泛應用于各類大氣監測系統。隨著激光器技術、光電器件制造技術和光譜檢測技術的發展，激光檢測已經發展成為光學遙測的主要技術手段。與傳統探測方法相比，紅外激光探測分辨率高，具有非接觸式、遠距離、預警實時等優點。但有害化學氣體的作用效果與氣象因素有著十分密切的關系，擴散傳播對當時的風速和風向有很大的依賴性，單獨依靠監測有害氣體無法保證早期預警的準確性，且無法確定污染邊界。因此對有害氣體的污染范圍進行提前預警，需要結合氣象檢測設備實現。

目前，大多數大氣監測系統依靠獨立的氣象測量設備獲得大氣環境數據，結合紅外激光檢測的氣體探測數據，給出化學戰劑的擴散通量分布。但由于測量基準不統一、傳感器測量坐標不重合，測量誤差傳遞放大，使得遙感目標遠場一致性匹配精度較差甚至無法匹配，預警準確性低下。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種機載有害氣體實時監測與預警系統及方法，能夠解決多傳感器坐標不重合、污染預警不準確等問題，快速探測區域內大氣有害物質，準確預報擴散態勢。

本發明提供了如下的技術方案：

本發明提供了一種多傳感器數據融合探測預警系統，包括紅外探測模塊、測風模塊、控制中心和數據處理模塊。

所述紅外探測模塊包括與測風模塊共孔徑設計的激光發射系統與激光接收系統，激光發射系統采用可快速調諧的CO₂激光器作為光源，可發射9μm~11μm范圍內多條激光譜線，通過差分吸收激光檢測技術探測大氣中有害氣體。

所述測風模塊包括共孔徑的激光發射分系統和與激光接收分系統，采用單頻光纖激光的MOPA技術產生窄線寬1.5μm波長激光，采用多普勒測風技術測量大氣中的風速、風向，通過實時處理得到每秒更新的大氣徑向測量數據。

所述控制中心包括主控電路板、電源模塊、電動轉臺，數據處理模塊檢測到有害物質存在后，將命令信息傳送給控制中心，控制中心開啟測風模塊，用于數據處理模塊的數據融合。

所述數據處理模塊包括信號采集與處理器、數據反演與融合系統。探測模塊與測風模塊的輸出數據通過通訊端口傳輸至信號采集與處理器，經過信號處理后通過傳至數據反演與融合系統，反演出大氣有害氣體濃度與風場信息，再經過數據融合計算出有害氣體在一段時間后的擴散分布，進行預警和顯示。

本發明提供了一種多傳感器數據融合探測預警方法，包括以下步驟：

S1：紅外探測模塊激光發射系統通過調諧發射激光譜線，激光譜線經過反射由激光接收系統接收；

S2：信號采集與處理分系統采集到紅外探測模塊的回波信號，判斷大氣中是否存在有害氣體，并比較得到探測波束的差分吸收率，判斷該吸收率是否達到報警閾值。若報警啟動，控制中心向激光測風模塊發送啟動指令；

S3：激光測風模塊的激光發射系統通過脈沖放大技術發出窄線寬脈沖光，再經過與激光發射系統共孔徑的逆光路接收；

S4：數據處理模塊將紅外探測模塊與激光測風模塊的接收信號進行反演，得出物質濃度與風場數據；

S5：數據反演與融合系統通過有害物質濃度信息與風場信息，對有害氣體擴散趨勢進行預測，將實時探測數據融合到預測模型中校正擴散模型，得出準確的擴散態勢預測結果。