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早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，首先激光器向探測目標(biāo)發(fā)出探測激光；然后通過卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收被探測目標(biāo)散射后的逆向散射激光并匯聚到單光子探測器的焦平面上采集單光子電信號并通過工控機(jī)進(jìn)行比較識別，識別出被探測目標(biāo)處的空氣中的煙霧濃度信號；本發(fā)明利用激光逆向散射及反射的原理，精確測量煙霧及其的含量、位置、方位信息，避免原有檢測系統(tǒng)中覆蓋率不佳的弊端；采用高精度云臺，實現(xiàn)24小時不間斷檢測進(jìn)行360度無死角覆蓋檢測區(qū)域，全方位監(jiān)控，可準(zhǔn)確獲得火災(zāi)的規(guī)模和位置。采用后期數(shù)據(jù)庫處理，不受風(fēng)霜雨霧和冰凍影響。
【專利說明】早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國地域遼闊，山林廣闊分布，即使偶然的一次火災(zāi)都可帶來不可計量的損失，森林防火近年來越來越受到國家相關(guān)機(jī)構(gòu)的重視。
[0003]目前國內(nèi)對森林山域防火主要監(jiān)測依靠人工巡視瞭望塔、圖像視頻監(jiān)測、紅外監(jiān)測這幾類，但是受野外干擾的因素，以上監(jiān)測方式會凸顯出覆蓋率不佳、火災(zāi)規(guī)模及位置不確定等不足之處。
[0004]因此快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)山林起火點，成為了森林消防部門的急需要解決的問題。現(xiàn)有的森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，因此有必要予以改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光器、分束鏡、激光擴(kuò)束鏡、卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、單光子探測器、單光子計數(shù)器、工控機(jī)；
[0008]所述激光器，用于向探測目標(biāo)發(fā)出探測激光；
[0009]所述分束鏡，用于將探測激光分成監(jiān)測激光和發(fā)射激光；
[0010]所述激光擴(kuò)束鏡，用于對監(jiān)測激光進(jìn)行擴(kuò)束后發(fā)射到大氣中；
[0011]所述卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，用于接收被探測目標(biāo)散射后的逆向散射激光并將逆向散射激光匯聚到單光子探測器的焦平面上；
[0012]所述單光子探測器，用于探測逆向散射激光中單光子信號；
[0013]所述單光子計數(shù)器，用于采集單光子電信號并對單光子電信號進(jìn)行計數(shù)形成回波信號;
[0014]所述工控機(jī)，用于接收反射激光和單光子數(shù)信號進(jìn)行比較識別，識別出被探測目標(biāo)處的煙霧濃度信號；
[0015]所述激光器、單光子探測器和單光子計數(shù)器分別與工控機(jī)連接。
[0016]進(jìn)一步，還包括用于實現(xiàn)激光器、單光子探測器和單光子計數(shù)器的同步工作的門控觸發(fā)，所述門控觸發(fā)一端與工控機(jī)連接，另一端分別與激光器、單光子探測器和單光子計數(shù)器連接。
[0017]進(jìn)一步，還包括依次設(shè)置于卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和單光子探測器之間的空間濾光片、窄帶濾光片、可變裳減片；
[0018]所述空間濾光片，用于過濾空間中的非近軸雜散光；[0019]所述窄帶濾光片，用于過濾非工作波長的雜散光；
[0020]所述可變衰減片，用于調(diào)整逆向散射激光的透過率系數(shù)。
[0021]進(jìn)一步，還包括設(shè)置于激光器和工控機(jī)之間的光電二極管，所述光電二極管，用于監(jiān)測激光脈沖輸出能量。
[0022] 進(jìn)一步，所述目標(biāo)散射信號包括目標(biāo)煙霧的濃度信息、位置信息、方位信息。
[0023]進(jìn)一步，還包括用于承載森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的自動控制云臺。
[0024]本發(fā)明提供的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0025]S1:初始化系統(tǒng)參數(shù)；
[0026]S2:啟動激光器向探測目標(biāo)發(fā)出探測激光；
[0027]S3:通過分束鏡將探測激光分成監(jiān)測激光和反射激光；
[0028]S4:通過激光擴(kuò)束鏡對監(jiān)測激光進(jìn)行擴(kuò)束后發(fā)射到大氣中；
[0029]S5:通過卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收被探測目標(biāo)散射后的逆向散射激光并將逆向散射激光匯聚到單光子探測器的焦平面上；
[0030]S6:通過單光子探測器探測逆向散射激光中單光子電信號；
[0031]S7:通過單光子計數(shù)器采集單光子電信號并對單光子電信號進(jìn)行計數(shù)形成回波信號;
[0032]S8:通過工控機(jī)接收反射激光和單光子數(shù)信號進(jìn)行比較識別，識別出被探測目標(biāo)處的空氣的痕量氣體信號；
[0033]S9:判斷是否有待測特征信號，如果無，則返回步驟S2 ；
[0034]SlO:如果有，則發(fā)出預(yù)警信號。
[0035]進(jìn)一步，所述步驟S8中目標(biāo)處的煙霧包括濃度信息、位置信息、方位信息；所述目標(biāo)處的煙霧信號是通過以下步驟來進(jìn)行的:
[0036]S81:所述目標(biāo)處煙霧的濃度信息通過以下激光雷達(dá)方程公式來計算:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括激光器、分束鏡、激光擴(kuò)束鏡、卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、單光子探測器、單光子計數(shù)器和工控機(jī)； 所述激光器，用于向探測目標(biāo)發(fā)出探測激光； 所述分束鏡，用于將探測激光分成監(jiān)測激光和發(fā)射激光； 所述激光擴(kuò)束鏡，用于對發(fā)射激光進(jìn)行擴(kuò)束后發(fā)射到大氣中； 所述卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，用于接收被探測目標(biāo)散射后的逆向散射激光并將逆向散射激光匯聚到單光子探測器的焦平面上； 所述單光子探測器，用于探測逆向散射激光中單光子信號； 所述單光子計數(shù)器，用于采集單光子信號并對單光子信號進(jìn)行計數(shù)形成回波信號；所述工控機(jī)，用于接收監(jiān)測激光和回波信號進(jìn)行比較識別，識別出被探測目標(biāo)處的煙霧濃度信息； 所述激光器、單光子探測器和單光子計數(shù)器分別與工控機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于實現(xiàn)激光器、 單光子探測器和單光子計數(shù)器的同步工作的門控觸發(fā)，所述門控觸發(fā)一端與工控機(jī)連接，另一端分別與激光器、單光子探測器和單光子計數(shù)器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括依次設(shè)置于卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和單光子探測器之間的空間濾光片、窄帶濾光片和可變衰減片; 所述空間濾光片，用于過濾空間中的非近軸雜散光； 所述窄帶濾光片，用于過濾非工作波長的雜散光； 所述可變衰減片，用于調(diào)整逆向散射激光的透過率系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括設(shè)置于激光器和工控機(jī)之間的光電二極管，所述光電二極管，用于監(jiān)測激光脈沖輸出能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述回波信號包括目標(biāo)煙霧的濃度信息、位置信息和方位信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于承載森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的自動控制云臺。
7.早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測方法，其特征在于:包括以下步驟: 51:初始化系統(tǒng)參數(shù)； 52:啟動激光器向探測目標(biāo)發(fā)出探測激光； 53:通過分束鏡將探測激光分成監(jiān)測激光和發(fā)射激光； 54:通過激光擴(kuò)束鏡對發(fā)射激光進(jìn)行擴(kuò)束后發(fā)射到大氣中； 55:通過卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收被探測目標(biāo)散射后的逆向散射激光并將逆向散射激光匯聚到單光子探測器的焦平面上； 56:通過單光子探測器探測逆向散射激光中單光子信號； 57:通過單光子計數(shù)器采集單光子信號并對單光子電信號進(jìn)行計數(shù)形成回波信號； 58:通過工控機(jī)接收監(jiān)測激光和單光子數(shù)信號進(jìn)行比較識別，識別出被探測目標(biāo)處的煙霧信號； 59:判斷是否有待測特征信號，如果無，則返回步驟S2 ；SlO:如果有，則發(fā)出預(yù)警信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測方法，其特征在于:所述步驟S8中目標(biāo)處的煙霧信號包括濃度信息、位置信息和方位信息；所述目標(biāo)處的煙霧信號是通過以下步驟來進(jìn)行的: 581:所述目標(biāo)煙霧的濃度信息通過以下激光雷達(dá)方程公式來計算:
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測方法，其特征在于:所述激光器、單光子探測器和單光子計數(shù)器通過門控觸發(fā)來控制進(jìn)行同步工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的早期火災(zāi)報警用激光雷達(dá)監(jiān)測方法，其特征在于:所述步驟S5中的穿過卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的逆向散射激光還要進(jìn)行以下步驟: 551:通過空間濾光片來過濾空間中的非近軸雜散光； 552:通過窄帶濾光片來過濾非工作波長的雜散光； 553:通過可變衰減片來調(diào)整逆向散射激光的透過率系數(shù)。
【文檔編號】G01S17/88GK103954968SQ201410157608
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】陳春榮, 錢黎明, 陽明仰 申請人:寧波鐳基光電技術(shù)有限公司