專利名稱：航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用航海雷達(dá)對海上溢油進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測、圖像處理的技術(shù)系統(tǒng)。
技術(shù)背景面對二十一世紀(jì)海洋石油的開發(fā)利用，海面溢油對近海海域的污染是世界各國政府 高度重視研究課題之一，海上溢油事故是特別關(guān)注的熱點(diǎn)。在海面溢油監(jiān)測系統(tǒng)中，雷 達(dá)遙感是最重要和最有效的手段之一。根據(jù)雷達(dá)所搭載的平臺(tái)，目前海洋溢油監(jiān)視監(jiān)測 方法有以下三種航天衛(wèi)星雷達(dá)(SAR)、機(jī)載雷達(dá)(SLAR)和船載雷達(dá)(Shipborne Radar)。航空遙感和衛(wèi)星遙感監(jiān)視海上溢油是目前世界各國普遍采用的方法。從現(xiàn)有資料統(tǒng) 計(jì)分析發(fā)現(xiàn)發(fā)達(dá)國家都在積極運(yùn)用航空遙感監(jiān)測海上溢油，其中大約有一半國家同時(shí) 也運(yùn)用衛(wèi)星遙感監(jiān)測海上溢油。衛(wèi)星遙感適合監(jiān)測大面積的溢油污染，航空遙感則適合 小面積、海岸上石頭和沙子、植物等上面的溢油污染，特別適合指揮清除和治理工作。 合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星是唯一被部署用來執(zhí)行跟蹤監(jiān)測海上溢油的日常任務(wù)衛(wèi)星，許多溢油 事故的監(jiān)測結(jié)果證明了這種遙感器的日夜、全天候監(jiān)測海上溢油的能力。由于溢油在廣 闊海面上受風(fēng)、浪、流的共同作用，具有動(dòng)態(tài)特性，因此航空遙感系統(tǒng)在溢油應(yīng)急處理 過程中起主導(dǎo)作用。另外，航空遙感在部署上的靈活性、機(jī)動(dòng)性以及遙感器的可選擇性 等優(yōu)點(diǎn)對溢油應(yīng)急處理來說都是至關(guān)重要的。而衛(wèi)星遙感則主要在確定溢油位置和面積 等方面能夠提供整個(gè)溢油污染水域宏觀圖像。對于慢性泄漏而言，越來越多的海事國家主要利用衛(wèi)星圖像來監(jiān)視這些污染源。當(dāng) 環(huán)境條件變壞時(shí)，即有云或霧遮擋時(shí)，這項(xiàng)監(jiān)測任務(wù)就變得非常困難了。目前，國內(nèi)外的基本趨勢是航天、航空、船載遙感數(shù)據(jù)和圖像與全球定位系統(tǒng)(GPS) 實(shí)現(xiàn)一體化，尤其對于港口船舶漏油監(jiān)測一直是我國海事部門的難題，其特點(diǎn)是范圍小、 突發(fā)性強(qiáng)、擴(kuò)散快、難發(fā)現(xiàn)、難清除，直接影響港口附近海域的環(huán)境保護(hù)和治理。為了 有效地防治海洋溢油污染，必須對港口、錨地、近海水道的船舶漏油進(jìn)行有效監(jiān)測。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，能夠全天候、快速、準(zhǔn)確地提 供大范圍的或局部海區(qū)的海面溢油分布變化，連續(xù)跟蹤海面溢油擴(kuò)散，提供溢油漂移范 圍、速度、方向，為海面溢油應(yīng)急行動(dòng)、迅速采取溢油清除和預(yù)測措施以及加速海洋油污染監(jiān)測執(zhí)法力度，提供了新的強(qiáng)有力的技術(shù)手段和溢油應(yīng)急預(yù)報(bào)。
為了達(dá)到上述自的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，主要由雷達(dá)2、通訊接口 4、溢油圖像記錄儀5、通訊接口 6和計(jì)算機(jī)7組成；雷達(dá)2通過通訊接口4與溢油圖像記錄儀5連接，其通過雷達(dá)天線l掃 描海面溢油信號，通過雷達(dá)收發(fā)機(jī)發(fā)射波長為3cm的X波段的微波給雷達(dá)天線1，并接 收雷達(dá)掃描海面溢油的回波信號，通過雷達(dá)顯示器3直接顯示雷達(dá)天線1掃描的未經(jīng)處 理的海面溢油圖像；溢油圖像記錄儀5通過通訊接口6與計(jì)算機(jī)7連接，其用于實(shí)現(xiàn)溢油 圖像信號的采集、數(shù)值化轉(zhuǎn)換和處理；計(jì)算機(jī)7用于實(shí)現(xiàn)溢油圖像的顯示、處理、計(jì)算、 存儲(chǔ)、打印等操作。所述溢油圖像記錄儀5主要由電壓可調(diào)裝置13、 A/D轉(zhuǎn)換器14、楨存儲(chǔ)器15、 D/A轉(zhuǎn) 換器16和邏輯控制模塊17組成；電壓可調(diào)裝置13與A/D轉(zhuǎn)換器14連接，其用于輸出0.5V 穩(wěn)定電壓，使得雷達(dá)觸發(fā)穩(wěn)定；A/D轉(zhuǎn)換器14與楨存儲(chǔ)器15連接，其用于將圖像信號轉(zhuǎn)變 為數(shù)字信號；楨存儲(chǔ)器15與D/A轉(zhuǎn)換器16連接，其用于存儲(chǔ)圖像；D/A轉(zhuǎn)換器16用于將 數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號輸出；邏輯控制模塊17分別與A/D轉(zhuǎn)換器14、楨存儲(chǔ)器15、 D/A 轉(zhuǎn)換器16連接，邏輯控制模塊17由若干電子元件組成，其功能是得到不同的重復(fù)頻率和不 同的采集速率；邏輯控制模塊17通過通訊接口 6與計(jì)算機(jī)7連接，通訊接口 6用于實(shí)現(xiàn)信號 傳輸，計(jì)算機(jī)7根據(jù)輸入的經(jīng)過邏輯控制和數(shù)值轉(zhuǎn)換的信號，進(jìn)行圖像識別、處理、存儲(chǔ)等 操作。所述的邏輯控制模塊17主要由分頻器18、分頻器19、分頻器20、展寬輸出接口21、雙 通道接收器22、脈寬選擇電路23和速率選擇電路24組成；分頻器18、分頻器19、分頻器 20分別單獨(dú)與展寬輸出接口 21連接，分頻器18對應(yīng)于雷達(dá)量程為0.25 0.75海里，得到 2400Hz的脈沖重復(fù)頻率，分頻器19對應(yīng)于雷達(dá)量程為1.5 3.0海里，得到1200 Hz的脈沖 重復(fù)頻率，分頻器20對應(yīng)于雷達(dá)量程為6 24海里，得到600Hz的脈沖重復(fù)頻率；脈寬選 擇電路23與展寬輸出接口21連接，其包括三個(gè)脈沖頻率轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)不同脈沖寬度的選擇； 展寬輸出接口21、速率選擇電路24同時(shí)與雙通道接收器22連接，脈寬選擇電路23選擇的 三個(gè)不同脈沖寬度，通過展寬輸出接口 21后控制雷達(dá)回波和主脈沖的分頻選擇，雙通道接收 器22分別接收分頻后的回波和主脈沖信號，A/D轉(zhuǎn)換速率的選擇依據(jù)不同圖像的采集速率， 速率選擇電路24實(shí)現(xiàn)不同A/D轉(zhuǎn)換速率的選擇。本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)用于現(xiàn)場實(shí)施對海面溢油的監(jiān)視監(jiān)測工作，經(jīng)過 數(shù)字化、圖像化處理，以數(shù)字圖像格式進(jìn)入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，最終得到溢油圖像 數(shù)據(jù)結(jié)果。該技術(shù)系統(tǒng)是依據(jù)受到油膜覆蓋的海面對于船載雷達(dá)發(fā)射出的脈沖波的散射 系數(shù)明顯比周圍沒有油膜覆蓋的清潔海面的要小得多，則雷達(dá)接收到的油膜回波信號要
比清潔海區(qū)的雷達(dá)回波信號弱。這種差別可以使雷達(dá)圖像上區(qū)分出清潔海區(qū)和溢油區(qū)， 清潔海區(qū)回波信號比較強(qiáng)，是高亮度顯示，而溢油區(qū)回波信號很弱，在圖像上呈黑區(qū)顯 示。這就是航海雷達(dá)溢油監(jiān)測的機(jī)理。針對溢油目標(biāo)，用航海雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)采集，把溢油雷達(dá)回波，即輻度特 性，通過雷達(dá)溢油圖像記錄儀電路接口送入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)采用概率頻率分布函數(shù) 來描述溢油紋理，用統(tǒng)計(jì)過濾和圖像處理的空間分析給出溢油的分布輪廓即范圍，對雷 達(dá)溢油圖像、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，用航海雷達(dá)對海面竭油目標(biāo)進(jìn)行分類識別的效果與雷 達(dá)系統(tǒng)錄取對識別有價(jià)值的溢油目標(biāo)特征能力密切相關(guān)，最終給出溢油的相關(guān)信息。本發(fā)明的有益效果在于該系統(tǒng)可全天候、實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確提供近岸海域、航線、 錨地等區(qū)域較大范圍海面溢油最新動(dòng)態(tài)信息，為溢油監(jiān)測和溢油事故應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)決策 提供技術(shù)支持。


圖1是本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油圖像記錄儀的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是本發(fā)明的邏輯控制模塊的示意圖。圖中1、雷達(dá)天線，2、雷達(dá)，3、雷達(dá)顯示器，4、通訊接口， 5、溢油圖像記錄儀， 6、通訊接口， 7、計(jì)算機(jī)，8、溢油圖像顯示器，9、溢油圖像處理器，10、定量計(jì)算， 11、動(dòng)態(tài)顯示，12、存儲(chǔ)、傳輸及打印，13、電壓可調(diào)裝置，14、 A/D轉(zhuǎn)換器，15、楨存 儲(chǔ)器，16、 D/A轉(zhuǎn)換器，17、邏輯控制模塊，18、分頻器，19、分頻器，20、分頻器，21、 展寬輸出接口， 22、雙通道接收器，23、脈寬選擇電路，24、速率選擇電路，A、主脈沖信號， B、雷達(dá)回波信號。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述如圖1所示，將航海雷達(dá)2的觸發(fā)器觸發(fā)，通過航海雷達(dá)天線1掃描溢油區(qū)，航海雷達(dá)2的收發(fā)機(jī)接收溢油、海浪以及海水的回波信號，并輸入雷達(dá)顯示器3顯示，同時(shí) 回波信號經(jīng)過通訊接口 4輸入雷達(dá)溢油圖像記錄儀5。為了加大雷達(dá)對海面溢油的監(jiān)測 范圍，雷達(dá)天線的架設(shè)高度距地面大于IO米以上為佳， 一般以雷達(dá)天線和掃描區(qū)域之間 無障礙為宜。雷達(dá)溢油圖像記錄儀5將海面溢油的雷達(dá)回波信號進(jìn)行高速A/D變換等一系列邏輯 運(yùn)算與處理，將雷達(dá)圖像以數(shù)字圖像的格式，由通訊接口 6輸入計(jì)算機(jī)7進(jìn)行圖像處理。 計(jì)算機(jī)7包括溢油圖像顯示器8、溢油圖像處理器9、定量計(jì)算IO、動(dòng)態(tài)顯示ll、存儲(chǔ)、
傳輸及打印12等功能模塊，溢油圖像顯示器8將雷達(dá)天線l掃描的溢油圖像信號經(jīng)航海 雷達(dá)溢油圖像記錄儀5數(shù)值化處理后得到的數(shù)字圖像以PPI顯示、B顯示、A顯示三種方 式加以顯示；溢油圖像處理器9采用目前已有的圖像處理軟件，例如，image-pro圖像 軟件實(shí)現(xiàn)圖像預(yù)處理、圖像識別與分類等功能；定量計(jì)算IO計(jì)算溢油面積和溢油量；動(dòng) 態(tài)顯示11對溢油漂移軌跡進(jìn)行連續(xù)顯示；存儲(chǔ)、傳輸及打印12實(shí)現(xiàn)溢油實(shí)況圖的存儲(chǔ)、 打印及傳輸功能；此外，計(jì)算機(jī)7還可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航監(jiān)視和GPS定位等功能。如圖2所示，其為本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油圖像記錄儀的結(jié)構(gòu)框圖。雷達(dá)回波信號B和 主脈沖信號A經(jīng)過電壓調(diào)解裝置13調(diào)節(jié)，使雷達(dá)觸發(fā)穩(wěn)定，主脈沖信號A通過A/D轉(zhuǎn)換器 14轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值信號，同時(shí)輸入的圖像信號即雷達(dá)回波信號B也通過A/D轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù) 值俜號，即轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值化的圖像格式(date)、圖像數(shù)值化的顯示格式(Bmp或Jpg)，輸入楨 存儲(chǔ)器15進(jìn)行存儲(chǔ)，邏輯控制模塊17將回波信號B與基準(zhǔn)參數(shù)電壓進(jìn)行比較，通過通訊接 口6從計(jì)算機(jī)7接受指令，進(jìn)行寫作、讀取等操作，控制A/D轉(zhuǎn)換器14按波門來記錄雷達(dá)回 波信號B并控制楨存儲(chǔ)器15，此處的波門是指在雷達(dá)顯示器上要詳細(xì)觀測雷達(dá)圖像任一位置 的雷達(dá)回波狀態(tài)時(shí)，所取的移動(dòng)的300米范圍的觀測窗；A/D轉(zhuǎn)換器14將雷達(dá)回波信號B轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，與具體的地面視標(biāo)即雷達(dá)監(jiān)測海域周圍具有代表性的穩(wěn)定物體相對應(yīng)順序存 入楨存儲(chǔ)器15，并由邏輯控制模塊17反復(fù)讀出來，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器16轉(zhuǎn)換為視頻信號輸出單 點(diǎn)目標(biāo)圖像的顯示即A顯示。如圖3所示，其為本發(fā)明的邏輯控制模塊的示意圖。邏輯控制模塊17的控制原理如下 以船首線為采集起始點(diǎn)，對不同的目標(biāo)方位，控制不同的脈沖寬度，需要不同的重復(fù)頻率和 不同的采集速率，故雷達(dá)主脈沖由分頻器18、分頻器19、分頻器20進(jìn)行分頻，再經(jīng)過脈寬 選擇電路23中的三個(gè)脈沖頻率轉(zhuǎn)換器，即2400Hz脈沖頻率轉(zhuǎn)換器、1200Hz脈沖頻率轉(zhuǎn)換器 和600Hz脈沖頻率轉(zhuǎn)換器，選擇脈沖寬度，通過展寬輸出接口21輸出控制回波和主脈沖的分 頻選擇；依據(jù)采集速率決定的不同A/D轉(zhuǎn)換速率，由速率選擇電路24選擇。分頻后的回波和 主脈沖信號經(jīng)過雙通道接收器22由已選擇的A/D轉(zhuǎn)換速率控制，輸出數(shù)值圖像信號。本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油圖像記錄儀5的操作流程如下l)采樣參數(shù)設(shè)置a.雷達(dá)正北方 位調(diào)整，b.采樣參數(shù)設(shè)置；2)選擇計(jì)算機(jī)7的顯示方式即PPI顯示、B顯示和A顯示；3) 選擇采集頻率，如100MHz、德Hz、 2(Miz、畫Hz、 5MHz; 4)選擇脈沖重復(fù)頻率，如2400Hz、 1200Hz、 600Hz; 5)航海雷達(dá)溢油圖像記錄儀開始采集溢油圖像信號，顯示器顯示圖像結(jié)果； 6)保存圖像文件；7)進(jìn)行圖像處理。本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下1)航海雷達(dá)主要性能指標(biāo)如下
波段x波段 波長3 cm脈沖寬度和重復(fù)頻率:0. 08u s/4000Hz、 0. 25u s/2000Hz、 1.2ys/500Hz 波束寬度水平0.8° 、垂直25° 發(fā)射功率50KW2) 雷達(dá)溢油圖像記錄儀性能指標(biāo)如下采速 100 MHz、 40 MHz、 20 MHz、 10 MHz、 5 MHz可任選 幅度分層12 bit 采幅 PPI顯1024X1280 B顯 2048X6540 分辨率15mX15m像素點(diǎn)、7. 5mX7. 5m像素點(diǎn) 自動(dòng)采速1幅/min3) 計(jì)算機(jī)終端配置內(nèi)存1G顯示器1024X1280。
權(quán)利要求
1、航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)主要由雷達(dá)(2)、通訊接口(4)、溢油圖像記錄儀(5)、通訊接口(6)和計(jì)算機(jī)(7)組成，雷達(dá)(2)通過通訊接口(4)與溢油圖像記錄儀(5)連接，溢油圖像記錄儀(5)通過通訊接口(6)與計(jì)算機(jī)(7)連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，其特征在于，所述溢油圖像記錄儀 (5)主要由電壓可調(diào)裝置(13)、 A/D轉(zhuǎn)換器(14)、楨存儲(chǔ)器(15)、 D/A轉(zhuǎn)換器(16)和邏輯控制模塊(17)組成，電壓可調(diào)裝置(13)與A/D轉(zhuǎn)換器(14)連接，A/D轉(zhuǎn)換器(14) 與楨存儲(chǔ)器(15)連接，楨存儲(chǔ)器(15)與D/A轉(zhuǎn)換器(16)連接，邏輯控制模塊(17)分 別與A/D轉(zhuǎn)換器(14)、楨存儲(chǔ)器(15)、 D/A轉(zhuǎn)換器(16)連接，邏輯控制模塊(17)通過 通訊接口 (6)與計(jì)算機(jī)(7)連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的邏輯控制模塊 (17)主要由分頻器(18)、分頻器(19)、分頻器(20)、展寬輸出接口 (21)、雙通道接收器(22)、脈寬選擇電路(23)和速率選擇電路(24)組成，分頻器(18)、分頻器(19)、分 頻器(20)分別單獨(dú)與展寬輸出接口 (21)連接，脈寬選擇電路(23)與展寬輸出接口 (21) 連接，展寬輸出接口 (21)、速率選擇電路(24)同時(shí)與雙通道接收器(22)連接。
全文摘要
本發(fā)明的航海雷達(dá)溢油監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)屬于海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)主要由航海雷達(dá)、通訊接口、雷達(dá)溢油圖像記錄儀和計(jì)算機(jī)組成，完成海面溢油監(jiān)測、圖像采集與傳輸，并實(shí)現(xiàn)溢油圖像的數(shù)值化處理，獲得溢油發(fā)生的位置、范圍、分布形態(tài)、溢油漂移方向、速度等相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)溢油圖像的動(dòng)態(tài)顯示以及圖像傳輸功能，整體完成航海雷達(dá)溢油監(jiān)測圖像數(shù)值化處理技術(shù)。本發(fā)明的有益效果在于，該系統(tǒng)可全天候、實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確提供近岸海域、航線、錨地等區(qū)域較大范圍海面溢油最新動(dòng)態(tài)信息，為溢油監(jiān)測和溢油事故應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)決策提供技術(shù)支持。
文檔編號G08C17/02GK101118284SQ20071001235
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者孫延維, 趙寶剛, 邵秘華, 平 陶 申請人:大連海事大學(xué)