[发明专利]一种便携式近岸海浪观测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种近岸波浪观测系统及方法，尤其是一种便携式的近岸海浪的观测系统及方法。

背景技术

近岸海浪不仅对渔业生产作业具有重大影响，同时，严重影响和制约海岸防护工程的建设，因此，对近岸海浪的进行实时观测具有重要的现实意义。目前，对海浪的观测方法主要有测波雷达、浮标观测，其中，测波雷达的有效观测距离要求为距岸20公里以外，因为离岸太近，雷达则处于观测的盲区；浮标布设在靠近岸边的几公里以外，一般要求离岸距离超过3公里。因此，针对3公里以内的近岸海浪的观测，缺乏相应的观测手段和方法，特别是便携式的观测手段几乎处于空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实时监测近岸波浪要素的便携式近岸海浪观测系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便携式近岸海浪观测系统，包括安装在观测平台上的激光发射模块、激光光条纹成像模块、辅助信息感知模块、海浪要素信息提取模块和电源模块，激光发射模块与海浪要素信息提取模块相连，用于接收海浪要素信息提取模块发送的功率控制信号，并向近岸海面发射矩形激光条纹，激光光条纹成像模块与海浪要素信息提取模块相连，用于接收海浪要素信息提取模块发送的焦距控制信号，并采集近岸海面反射的矩形激光条纹，同时将采集的矩形激光条纹以数字图像方式发送给海浪要素信息提取模块，辅助信息感知模块与海浪要素信息提取模块相连，用于采集真北方位角以及观测平台的俯仰角和横滚角信息，并将采集的信息发送给海浪要素信息提取模块，海浪要素信息提取模块根据接收的信息向激光发射模块和激光光条纹成像模块发送功率控制信号和焦距控制信号，并提取激光光条纹成像模块发送的数字图像的中心位置信息，再结合观测平台距离海平面的高度、激光发射模块与激光光条纹成像模块之间的距离、激光发射模块与激光光条纹成像模块之间的夹角、观测平台的俯仰角和横滚角信息、激光光条纹成像模块内部成像的像距以及真北方位角计算出反射点海浪的高度和方向要素，电源模块分别为激光发射模块、激光光条纹成像模块、辅助信息感知模块和海浪要素信息提取模块提供电源。

采用海浪要素信息提取模块控制激光发射模块和激光光条纹成像模块，实现对激光发射模块发射的激光波长控制和激光光条纹成像模块的焦距控制，并能够根据激光光条纹成像模块和辅助信息感知模块发送的信息计算出近岸海浪的高度和方向要素，这种一体式便携结构能够便利、快捷、实时地获取近岸海浪要素信息，为快速获取近岸海浪要素分布特征提供了一种有效的探测平台。

作为本发明的进一步限定方案，激光发射模块包括依次串联的激光器、激光发射电路、恒温控制电路和功率可调控制器，激光器用于向近岸海面发射矩形激光条纹，激光发射电路用于驱动激光器，恒温控制电路用于控制激光器的温度，功率可调控制器与海浪要素信息提取模块相连，用于接收海浪要素信息提取模块发送的功率控制信号，并为恒温控制电路提供可控功率源。采用恒温控制电路控制激光发射模块的温度，使激光发射模块具有恒温工作环境，从而使激光的波长不发生漂移。

作为本发明的进一步限定方案，辅助信息感知模块包括三维电子罗盘，三维电子罗盘用于采集真北方位角以及观测平台的俯仰角和横滚角信息。采用三维电子罗盘采集角度信息用于近岸海浪的高度和方向要素的计算。

作为本发明的进一步限定方案，辅助信息感知模块还包括测距仪、GPS定位模块和集线器，测距仪用于采集观测平台与岸边的距离，GPS定位模块用于采集观测平台的坐标信息，集线器分别与三维电子罗盘、测距仪和GPS定位模块相连，用于将接收的信息发送给海浪要素信息提取模块。采用测距仪采集观测平台与岸边的距离，采用GPS定位模块采集观测平台的坐标信息，对近岸海浪的观测环境进行统计。

作为本发明的进一步限定方案，激光光条纹成像模块包括窄带滤波模块、可调焦距镜头和CCD感光元件，反射的矩形激光条纹依次经过窄带滤波模块和可调焦距镜头后再由CCD感光元件感知获取，窄带滤波模块用于对反射的矩形激光条纹进行滤波，可调焦距镜头用于接收海浪要素信息提取模块发送的焦距控制信号，调节镜头的焦距，使反射的矩形激光条纹被CCD感光元件感知，CCD感光元件与海浪要素信息提取模块相连，用于感知获取矩形激光条纹图像信息，并将该图像信息以数字图像方式发送给海浪要素信息提取模块。采用窄带滤波模块能够最大限度地滤除其他波段的光信号，采用可调焦距镜头能够有效调节焦距，使矩形激光条纹成像质量更高。