本发明专利技术公开了一种无源可控频谱光量子雷达装置，包括：雷达防护罩，其顶部设有防护顶盖，底部设有底座，底座上开有连接机械扫描云台紧固孔和出线口，中部设有防潮防尘六方形支撑筒；六方形支撑筒内设有6套圆锥形光量子雷达天线，所述6套圆锥形光量子雷达天线底部设有带纳米频率窗口的可控频谱光量子矩阵馈源；所述可控频谱光量子矩阵馈源通过馈线与MCU自适应智能控制系统电连接；所述MCU自适应智能控制系统安装在MCU电路板仓室中，MCU自适应智能控制系统设有电性控制线，所述电性控制线包括电源线和通信线经引线孔连接到机械扫描云台。本发明专利技术为抢险救灾提供早期预警和精确坐标信息探测，提高抢险救灾效率、减少抢险救灾人员的伤亡和经济损失。
Passive Controllable Spectrum Optical Quantum Radar for Forest and Grassland Fire Source Detection
【技术实现步骤摘要】
适用于森林与草原火源探测的无源可控频谱光量子雷达
本专利技术涉及量子探测及量子信息领域，尤其涉及一种适用于森林与草原火源探测的无源可控频谱光量子雷达及其应用方法。
技术介绍
森林火灾属于世界性自然灾害。据不完全统计，全世界平均每年发生森林火灾＞22万起，烧毁各种森林＞1640万公顷。我国森林面积为2.58亿公顷，天然草原面积为3.93亿公顷，每年因火灾造成的损失≥1000亿元人民币，国家投入森林消防领域的经费约为100亿/年。森林与草原火灾在产生巨大的经济损失的同时还对大气造成严重的污染。林木生物物质的燃烧也增加了全球温室气体的排放量，是造成地球大环境污染的重要因素，给人类生存造成严重的影响。有效高精度的森林、草原广域“火险”监测报警技术与装备的开发研制，是一项在森林、草原防火领域中的世界性技术研究课题。目前，广泛使用在森林、草原等环境的火灾火源探测的火灾报警的主流技术为“视频成像图像识别”技术。视频成像图像识别技术受到环境和光照度变化的影响，不能实现全天候实时监测的技术需求。近十年来，采用了辅助被动红外光谱成像图像识别技术(即双光成像图像识别技术)，基本实现了昼夜全天候监测的技术需求，但仍属视频成像与图像识别技术范畴。工作状态中存在长聚焦循环调焦技术带来的巡航扫描监测时间长,实时环境动态图像数据的识别和处理量大、实时高清图像数据的传输占用大量的通信资源。系统受环境动态参数变化的影响而导致装置系统误报和漏报率的概率较高、火点定位精度误差不可控等技术问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，根据森林、草原等环境的火灾火源探测报警的实际需求，依据实时火源产生的物理信息特征，本专利技术设计了一种具有对广谱离散光量子粒子流进行全天候、可控频谱、有效动态监测的无源光量子雷达装置。该装置集相控天线、可控光谱光量子矩阵馈源、“频率窗口”、“能量窗口”、“时间窗口”、静态/动态扫描技术为一体，为林区、草原等环境的火灾报警提供一种超大距离地面三维空间火源探测的无源可控光谱光量子雷达装置。本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术公开了一种无源可控频谱光量子雷达装置，包括：雷达防护罩(1)，雷达防护罩(1)顶部设有防护顶盖(1-1)，底部设有底座(1-2)，底座上开有连接机械扫描云台紧固孔(1-2-1)和出线口(1-2-2)，中部设有防潮防尘六方形支撑筒(1-3)；所述六方形支撑筒(1-3)内设有6套圆锥形光量子雷达天线(2)，所述6套圆锥形光量子雷达天线(2)底部设有带纳米频率窗口的可控频谱光量子矩阵馈源(3)；所述可控频谱光量子矩阵馈源(3)通过馈线与MCU自适应智能控制系统(6)电连接；所述MCU自适应智能控制系统(6)安装在MCU电路板仓室(4)中，MCU自适应智能控制系统(6)设有电性控制线(6-2)，所述电性控制线(6-2)包括电源线和通信线经引线孔(4-1)连接到机械扫描云台(5)。更进一步地，所述圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)进一步包括：由6套单体圆锥形光量子天线(2-1；2-2；2-3；2-4；2-5；2-6)，分别在水平轴向上按60°相位均匀分布，安装在所述六方形支撑筒(1-3)内。更进一步地，所述圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)进一步包括：为圆锥形光量子天线，其入射角为55°±5°，口径为248mm±100mm,所述圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)内壁设有真空蒸镀化学反应法制成的镜面涂层，圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)底部设有可控频谱光量子矩阵馈源(3)。更进一步地，所述的可控频谱光量子矩阵馈源(3)进一步包括：由6至24颗具有纳米级波长的光量子传感器按矩阵排列(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11、3-12)安装在所述圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)的底部，通过引线连接到MCU自适应智能控制系统(6)。更进一步地，所述的MCU自适应智能控制系统(6)进一步包括：由MCU微处理器(6-1)、频率窗口模块电路(6-2)、时间窗口模块电路(6-3)、能量窗口模块电路(6-4)、静态/动态扫描监测转换模块(6-5)、光电转换模块电路(6-6)、通信模块电路(6-7)、4G/无线通信天线及供电模块电路(6-8)组成；所述MCU微处理器(6-1)通过控制总线与云台控制系统(5)的脉冲电机驱动模块电路(5-1)连接；所述MCU微处理器(6-1)通过信号总线与云台控制系统(5)信号采集模块电路(5-2)连接，所述MCU微处理器(6-1)通过信号总线分别与频率窗口模块电路(6-2)、时间窗口模块电路(6-3)、能量窗口模块电路(6-4)、静态/动态扫描监测转换模块(6-5)、光电转换模块电路(6-6)、通信模块电路(6-7)连接；所述供电模块电路(6-8)的输入与云台控制系统(5)连接，所述供电模块电路(6-8)的输出分别与MCU微处理器(6-1)、频率窗口模块电路(6-2)、时间窗口模块电路(6-3)、能量窗口模块电路(6-4)、光电转换模块电路(6-6)、通信模块电路(6-7)连接；所述通信模块电路(6-7)的无线接口(6-7-1)与4G/无线通讯天线连接、所述通信模块电路(6-7)的网络接口(6-7-3)与INTERNET/LAN连接。更进一步地，由MCU微处理器(6-1)电控连接到静态/动态扫描监测转换模块电路(6-5)，对云台控制系统(5)进行静态/动态扫描监测实时控制。更进一步地，所述无源可控频谱光量子雷达装置安装在森林、草原或室外超大空间环境中，在所述雷达内的有效范围内进行单极、偶极和/或多极安装，根据平面几何与立体解析几何的扇形面积和GIS的综合数学建模，系统可自适应获得到单位时间内的监测面积和巡航监测的动态角度；在有效监测面积内根据曲线参数方程得到火源点到本专利技术装置安装点的直线距离，获得相对应的直线方程；通过与GIS综合数学建模的导向，获得有效监测三维空间出现火源点在效监测面积内的地理坐标数据信息。本专利技术与现有技术相比，因设有圆锥形相控天线、多组合无源可控光谱光量子矩阵馈源，在巡航监测时不需要进行聚焦调焦过程，在实现360°巡航监测时提高≥10倍的巡航监测速度。提高了火情报警实时性，雷达系统的警情确认时间≤3min；使用本专利技术，因设有“频率窗口”、“时间窗口”、“能量窗口”与GIS的综合建模技术，降低了雷达系统的误报漏报率，雷达系统的报警准确率可达98％以上；使用本专利技术，因设有“单极”、“偶极”、“多极”装置布局，在三维空间平面几何与立体解析几何建模的支撑下，可实现在被监测的三维空间出现的火源点进行平面坐标自动区域性定位、并实时输出火源点三维空间平面坐标数据和报警信息，定位精度为探测半径的1％；使用本专利技术，因设有静态/动态扫描监测转换模块技术，在静态监测时机械扫描云台处在睡眠状态，机械扫描云台的使用寿命提高了≥10倍，降低雷达装置的运行值守功率耗损90％；使用本专利技术，选择在本装置技术范围内安装，可实现在林区和草原、地面上三维空间中任意坐标有效点上出现的火源进行巡航探测、可控频谱光量子数据采集，并适时输出火源点三维空间平面坐标数据和报警信息，实现自适应全天候三维空间火情信息智能探测与无人值守消防报警的功能，巡航监测有效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无源可控频谱光量子雷达装置，用于探测森林、草原和室外大空间上的火源点，其特征在于，包括：雷达防护罩(1)，雷达防护罩(1)顶部设有防护顶盖(1‑1)，底部设有底座(1‑2)，底座上开有连接机械扫描云台紧固孔(1‑2‑1)和出线口(1‑2‑2)，中部设有防潮防尘六方形支撑筒(1‑3)；所述六方形支撑筒(1‑3)内设有6套圆锥形光量子雷达天线(2)，所述6套圆锥形光量子雷达天线(2)底部设有带纳米频率窗口的可控频谱光量子矩阵馈源(3)；所述可控频谱光量子矩阵馈源(3)通过馈线与MCU自适应智能控制系统(6)电连接；所述MCU自适应智能控制系统(6)安装在MCU电路板仓室(4)中，MCU自适应智能控制系统(6)设有电性控制线(6‑2)，所述电性控制线(6‑2)包括电源线和通信线经引线孔(4‑1)连接到机械扫描云台(5)。
【技术特征摘要】
1.一种无源可控频谱光量子雷达装置，用于探测森林、草原和室外大空间上的火源点，其特征在于，包括：雷达防护罩(1)，雷达防护罩(1)顶部设有防护顶盖(1-1)，底部设有底座(1-2)，底座上开有连接机械扫描云台紧固孔(1-2-1)和出线口(1-2-2)，中部设有防潮防尘六方形支撑筒(1-3)；所述六方形支撑筒(1-3)内设有6套圆锥形光量子雷达天线(2)，所述6套圆锥形光量子雷达天线(2)底部设有带纳米频率窗口的可控频谱光量子矩阵馈源(3)；所述可控频谱光量子矩阵馈源(3)通过馈线与MCU自适应智能控制系统(6)电连接；所述MCU自适应智能控制系统(6)安装在MCU电路板仓室(4)中，MCU自适应智能控制系统(6)设有电性控制线(6-2)，所述电性控制线(6-2)包括电源线和通信线经引线孔(4-1)连接到机械扫描云台(5)。2.根据权利要求1所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，所述圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)进一步包括：由6套单体天线(2-1；2-2；2-3；2-4；2-5；2-6)，分别在水平轴向上按60°相位均匀分布，安装在所述六方形支撑筒(1-3)内。3.根据权利要求1或2所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，所述圆锥形可控频谱光量子相控天线(2)进一步包括：为圆锥形光量子天线，其入射角为55°±5°，口径为248mm±100mm,所述圆锥形光量子相控天线(2)内壁设有真空蒸镀化学反应法制成的镜面涂层，圆锥形光量子相控天线(2)底部设有可控频谱光量子矩阵馈源(3)。4.根据权利要求3所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，所述的可控频谱光量子矩阵馈源(3)进一步包括：由6至24颗具有纳米级波长的光量子传感器按矩阵排列(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11、3-12)安装在所述圆锥形光量子相控天线(2)的底部，通过引线连接到MCU自适应智能控制系统(6)。5.根据权利要求1或4所述的一种无源可控频谱光量子雷达装置，其特征在于，所述的MCU自适应智能控制系统(6)进一步包括：由MCU微处理器(6-1)、频率窗口模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊安，
申请(专利权)人：长沙泊序智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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