[发明专利]基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，采用模块化设计，包括γ辐射探测模块、控制模块、能源模块和动力模块；所述γ辐射探测模块进行γ辐射的实施提取，通过深度学习网络系统快速判断是否存在人工放射性核素，并收集探测数据；所述控制模块根据γ辐射测量结果，控制能源模块和动力模块进行智能巡航。

2.根据权利要求1所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述控制模块还连接导航模块，所述导航模块根据地理信息进行航线规划，并接收控制模块发来的γ辐射测量数据，采用高斯过程回归的智能路径规划并将智能路径规划信息反馈给控制模块进行智能巡航。

3.根据权利要求2所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述控制模块还连接通信模块，所述通信模块与地面系统交互通信，接收目标坐标并作为地理信息输入至导航模块，导航模块根据地理信息进行航线规划；所述通信模块还用于采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据的备份储存。

4.根据权利要求2所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述导航模块包括DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计、电子罗盘、IMU系统以及全球定位系统；所述电子罗盘、全球定位系统和IMU系统连接导航计算CPU，在导航计算CPU的控制下完成航行器的自主导航；

所述DVL速度仪、微型深度计、微型水流速度计连接模块单元计算机，通过DVL速度仪、微型深度计和微型水流速度计测量得到不同航行状态下航行速度、深度、水流速度，连同舵角信息和螺旋桨转速一起通过模块单元计算机处理，经过CAN总线传输引入导航计算CPU，用以校准系统的导航精度。

5.根据权利要求1所述的基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测系统，其特征在于，所述γ辐射探测模块包括依次连接的高性能γ辐射探测器、前置放大器、主放大器、多道分析器、数据处理模块、储存模块，所述γ辐射探测器、前置放大器、主放大器、多道分析器将γ射线光子转换为多道沉积谱；所述数据处理模块对多道沉积谱的能谱数据逐点进行处理，得到采样点的γ辐射核素的活度浓度信息、深度和全球定位数据，一并存储至储存模块。

6.一种基于水下自主航行器的水体γ辐射立体监测方法，其特征在于，包括：

(1)进行工作前，将基于水下自主航行器的水体放射性监测系统布放至与待测水域连通的航道中，同时调试各模块至预备状态；地面系统发送指令至通信模块设定待测水域的目标坐标，通信模块将目标坐标输入至导航模块，导航模块根据地理信息进行航线规划；航线规划完成后动力系统与避障模块进入工作状态，控制模块控制动力系统、导航模块、避障模块使自主航行器前往目标坐标；

(2)到达导航坐标点附近后，控制模块对自主航行器减速确认目标点坐标，并水体中预设深度，此时控制环境传感器与γ辐射探测器，探测并发送一组本底数据，准备开始水体γ辐射立体探测任务；

(3)采用预设的智能巡航模式，自动规划巡航边界与巡航路径，通过控制模块控制自主航行器的航行方向和深度，γ辐射探测模块开机，进行γ能谱的实时提取，并输入深度学习网络系统，快速判断是否存在人工放射性核素；

(4)判断结果若不存在人工放射性核素，则控制模块按照智能路径规划继续控制自主航行器维持原有路径规划巡航；若存在人工放射性核素，则对γ能谱进行数据处理，得到采样点特定γ辐射剂量率和核素的活度浓度信息，并与采样点的环境信息和全球定位数据一并存储至探测系统的储存模块，并备份至通信模块；

(5)继续智能巡航模式，通过多个采样点的探测，优化探测路径，到达污染海域的高放射性污染区域，在得到足够的探测数据后，上浮通过卫星通信系统将通信模块中存储的数据回传地面监测站，地面系统根据处理得到的数据绘制立体的放射性水平等高线图。