早期火灾报警用激光雷达监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种早期火灾报警用激光雷达监测系统，首先激光器向探测目标发出探测激光；然后通过卡塞格林光学望远镜接收被探测目标散射后的逆向散射激光并汇聚到单光子探测器的焦平面上采集单光子电信号并通过工控机进行比较识别，识别出被探测目标处的空气中的烟雾浓度信号；本发明利用激光逆向散射及反射的原理，精确测量烟雾及其的含量、位置、方位信息，避免原有检测系统中覆盖率不佳的弊端；采用高精度云台，实现24小时不间断检测进行360度无死角覆盖检测区域，全方位监控，可准确获得火灾的规模和位置。采用后期数据库处理，不受风霜雨雾和冰冻影响。
【专利说明】早期火灾报警用激光雷达监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境监测【技术领域】，尤其是涉及一种早期火灾报警用激光雷达监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国地域辽阔，山林广阔分布，即使偶然的一次火灾都可带来不可计量的损失，森林防火近年来越来越受到国家相关机构的重视。
[0003]目前国内对森林山域防火主要监测依靠人工巡视瞭望塔、图像视频监测、红外监测这几类，但是受野外干扰的因素，以上监测方式会凸显出覆盖率不佳、火灾规模及位置不确定等不足之处。
[0004]因此快速准确发现山林起火点，成为了森林消防部门的急需要解决的问题。现有的森林火灾监测系统及方法，因此有必要予以改进。

【发明内容】

[0005]针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种早期火灾报警用激光雷达监测系统及方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0007]本发明的早期火灾报警用激光雷达监测系统，包括激光器、分束镜、激光扩束镜、卡塞格林光学望远镜、单光子探测器、单光子计数器、工控机；
[0008]所述激光器，用于向探测目标发出探测激光；
[0009]所述分束镜，用于将探测激光分成监测激光和发射激光；
[0010]所述激光扩束镜，用于对监测激光进行扩束后发射到大气中；
[0011]所述卡塞格林光学望远镜，用于接收被探测目标散射后的逆向散射激光并将逆向散射激光汇聚到单光子探测器的焦平面上；
[0012]所述单光子探测器，用于探测逆向散射激光中单光子信号；
[0013]所述单光子计数器，用于采集单光子电信号并对单光子电信号进行计数形成回波信号;
[0014]所述工控机，用于接收反射激光和单光子数信号进行比较识别，识别出被探测目标处的烟雾浓度信号；
[0015]所述激光器、单光子探测器和单光子计数器分别与工控机连接。
[0016]进一步，还包括用于实现激光器、单光子探测器和单光子计数器的同步工作的门控触发，所述门控触发一端与工控机连接，另一端分别与激光器、单光子探测器和单光子计数器连接。
[0017]进一步，还包括依次设置于卡塞格林光学望远镜和单光子探测器之间的空间滤光片、窄带滤光片、可变裳减片；
[0018]所述空间滤光片，用于过滤空间中的非近轴杂散光；[0019]所述窄带滤光片，用于过滤非工作波长的杂散光；
[0020]所述可变衰减片，用于调整逆向散射激光的透过率系数。
[0021]进一步，还包括设置于激光器和工控机之间的光电二极管，所述光电二极管，用于监测激光脉冲输出能量。
[0022] 进一步，所述目标散射信号包括目标烟雾的浓度信息、位置信息、方位信息。
[0023]进一步，还包括用于承载森林火灾监测系统的自动控制云台。
[0024]本发明提供的早期火灾报警用激光雷达监测方法，包括以下步骤:
[0025]S1:初始化系统参数；
[0026]S2:启动激光器向探测目标发出探测激光；
[0027]S3:通过分束镜将探测激光分成监测激光和反射激光；
[0028]S4:通过激光扩束镜对监测激光进行扩束后发射到大气中；
[0029]S5:通过卡塞格林光学望远镜接收被探测目标散射后的逆向散射激光并将逆向散射激光汇聚到单光子探测器的焦平面上；
[0030]S6:通过单光子探测器探测逆向散射激光中单光子电信号；
[0031]S7:通过单光子计数器采集单光子电信号并对单光子电信号进行计数形成回波信号;
[0032]S8:通过工控机接收反射激光和单光子数信号进行比较识别，识别出被探测目标处的空气的痕量气体信号；
[0033]S9:判断是否有待测特征信号，如果无，则返回步骤S2 ；
[0034]SlO:如果有，则发出预警信号。
[0035]进一步，所述步骤S8中目标处的烟雾包括浓度信息、位置信息、方位信息；所述目标处的烟雾信号是通过以下步骤来进行的:
[0036]S81:所述目标处烟雾的浓度信息通过以下激光雷达方程公式来计算:
[0037]
【权利要求】
1.早期火灾报警用激光雷达监测系统，其特征在于:包括激光器、分束镜、激光扩束镜、卡塞格林光学望远镜、单光子探测器、单光子计数器和工控机； 所述激光器，用于向探测目标发出探测激光； 所述分束镜，用于将探测激光分成监测激光和发射激光； 所述激光扩束镜，用于对发射激光进行扩束后发射到大气中； 所述卡塞格林光学望远镜，用于接收被探测目标散射后的逆向散射激光并将逆向散射激光汇聚到单光子探测器的焦平面上； 所述单光子探测器，用于探测逆向散射激光中单光子信号； 所述单光子计数器，用于采集单光子信号并对单光子信号进行计数形成回波信号；所述工控机，用于接收监测激光和回波信号进行比较识别，识别出被探测目标处的烟雾浓度信息； 所述激光器、单光子探测器和单光子计数器分别与工控机连接。
2.根据权利要求1所述的早期火灾报警用激光雷达监测系统，其特征在于:还包括用于实现激光器、 单光子探测器和单光子计数器的同步工作的门控触发，所述门控触发一端与工控机连接，另一端分别与激光器、单光子探测器和单光子计数器连接。
3.根据权利要求1所述的早期火灾报警用激光雷达监测系统，其特征在于:还包括依次设置于卡塞格林光学望远镜和单光子探测器之间的空间滤光片、窄带滤光片和可变衰减片; 所述空间滤光片，用于过滤空间中的非近轴杂散光； 所述窄带滤光片，用于过滤非工作波长的杂散光； 所述可变衰减片，用于调整逆向散射激光的透过率系数。
4.根据权利要求1所述的早期火灾报警用激光雷达监测系统，其特征在于:还包括设置于激光器和工控机之间的光电二极管，所述光电二极管，用于监测激光脉冲输出能量。
5.根据权利要求1所述的早期火灾报警用激光雷达监测系统，其特征在于:所述回波信号包括目标烟雾的浓度信息、位置信息和方位信息。
6.根据权利要求1所述的早期火灾报警用激光雷达监测系统，其特征在于:还包括用于承载森林火灾监测系统的自动控制云台。
7.早期火灾报警用激光雷达监测方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:初始化系统参数； 52:启动激光器向探测目标发出探测激光； 53:通过分束镜将探测激光分成监测激光和发射激光； 54:通过激光扩束镜对发射激光进行扩束后发射到大气中； 55:通过卡塞格林光学望远镜接收被探测目标散射后的逆向散射激光并将逆向散射激光汇聚到单光子探测器的焦平面上； 56:通过单光子探测器探测逆向散射激光中单光子信号； 57:通过单光子计数器采集单光子信号并对单光子电信号进行计数形成回波信号； 58:通过工控机接收监测激光和单光子数信号进行比较识别，识别出被探测目标处的烟雾信号； 59:判断是否有待测特征信号，如果无，则返回步骤S2 ；SlO:如果有，则发出预警信号。
8.根据权利要求7所述的早期火灾报警用激光雷达监测方法，其特征在于:所述步骤S8中目标处的烟雾信号包括浓度信息、位置信息和方位信息；所述目标处的烟雾信号是通过以下步骤来进行的: 581:所述目标烟雾的浓度信息通过以下激光雷达方程公式来计算:
9.根据权利要求7所述的早期火灾报警用激光雷达监测方法，其特征在于:所述激光器、单光子探测器和单光子计数器通过门控触发来控制进行同步工作。
10.根据权利要求7所述的早期火灾报警用激光雷达监测方法，其特征在于:所述步骤S5中的穿过卡塞格林光学望远镜的逆向散射激光还要进行以下步骤: 551:通过空间滤光片来过滤空间中的非近轴杂散光； 552:通过窄带滤光片来过滤非工作波长的杂散光； 553:通过可变衰减片来调整逆向散射激光的透过率系数。
【文档编号】G01S17/88GK103954968SQ201410157608
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】陈春荣, 钱黎明, 阳明仰 申请人:宁波镭基光电技术有限公司