[发明专利]基于光纤水声传感器阵列的内河航道实时监测系统

说明书

技术领域

本发明属于信号处理工程技术领域，具体是一种通过处理接收到的光纤水声传感器的信号，实现对目标水域船只进行实时监测的基于光纤水声传感器阵列的内河航道实时监测系统。

背景技术

基于光纤传感器的水下探测可以远距监测，快速获取水中目标特征，不易受自然环境限制，已被用于各国的近海海域安全防御。由于海洋水声环境比内河航道平坦、干净，目前的水下光纤传感器探测系统无法直接用于内河航道监测。

另一方面，很多地区内河航运交通繁忙，船只数量庞杂，缺少有效监测，目前常用的河道监测方式有以下几种：基于视频监控系统的监测、基于红外成像系统的监测、基于AIS系统的监测和人工监测。

但是传统的监测方式易受到不同客观条件的限制，无法实现全天候、全自动的监测，如视频监测系统虽可在复杂背景中自动识别目标，但其缺点是系统严重依赖光照条件，仅适用于白天光照较好的情况下，黑夜、大雾都会严重影响其使用效果；红外成像虽具有隐蔽性好、抗干扰能力强的优点，但其仍是一种基于半人工辅助的监测系统，目标的获取需要人工辅助才可以完成；AIS系统虽可以获取较为全面和完整的船舶信息，但是它的监测是被动的，要求目标船舶上必须安装AIS设备且正常工作，这样目标船只的合作与否将会很大程度上影响到监测结果；而人工监测方法虽简单易行，但其结果也易受到观察人员水平、责任心等主观因素和天气、观察时间等客观因素的影响。

发明内容

针对目前内河航道船只监测系统中面临的问题，本发明提供了一种基于光纤水声传感器阵列的内河航道实时监测系统，实现了对内河航道船只目标的实时计数、定位、测向、测速等监测功能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于光纤水声传感器阵列的内河航道实时监测系统，包括至少两条光纤水声传感器阵列、光电转换模块和信号处理模块，其中，每一条光纤水声传感器阵列均包括多个光纤水声传感器单元和一条通信光缆，光纤水声传感器单元接收河道中船只声场信号后转换为光信号，通过通信光缆传输至岸上光电转换模块内基站内的端机中；光电转换模块包括光前置放大器、光功率放大器、光电转换器和信号采集卡，通信光缆传输进来的光信号依次经过光前置放大器和光功率放大器后输入光电转换器，转换为电信号后通过信号采集卡采集并解调，最后通过端机将解调后的信号通过同轴电缆传输至信号处理模块，由信号处理模块执行监测方法实现对内河河道船只指标的监测。

优选地，所述光纤水声传感器阵列为两条，两条光纤水声传感器阵列分别布设在河床并垂直于河道，其中每一条阵列分别设有八个光纤水声传感器单元。

优选地，所述信号处理模块的监测方法在计算机或信号处理控制板上执行。

优选地，所述船只指标包括流量、位置、航向及航速。

优选地，所述信号处理模块执行的监测方法，包括如下步骤：

步骤1，提取输入信号并校准光纤水声传感器阵列；

步骤2，对输入信号的峰值点进行判决；

步骤3，动态特征频点提取；

步骤4，根据步骤3中提取的动态特征频点进行静态特征频点提取；

步骤5，相关峰值点元胞提取；

步骤6，对比度计算；

步骤7，船只数量、位置判断；

步骤8，船只航向、航速判断。

优选地，所述步骤1具体为，提取输入的阵列信号，通过各个阵元间信号幅值间纵向对比和每个阵元与初始设置值之间横向对比，校准阵列接收信号幅值。

优选地，所述步骤2具体为，利用拟合方法去除信号中趋势项，将输入信号进行带通滤波，取出声压级的峰值点，设定不同阈值剔除掉毛刺噪声和不符合要求的峰值点。

优选地，所述步骤3和步骤4具体为，当在某时刻步骤2判决该时刻为峰值点时，提取该峰值点时刻前后各10秒为一个时间段，加入滑动窗函数做FFT(快速傅氏变换)提取动态特征频点并存入动态特征频点矩阵；设定门阈值，提取动态特征频点矩阵中出现次数和能量值超过门阈值的特征频点作为静态特征频点，存入静态特征频点矩阵。

优选地，所述步骤5具体为，光纤水声传感器阵列中任一光纤水声传感器单元在某时刻判决出现峰值点时，以该时刻为临时时间基准点，提取其后一段时间内所有光纤水声传感器单元判决出的峰值点，并存入相关峰值点元胞。