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无人机（UAV）载单端非合作目标式激光传感器危险气体遥测系统属于先进的精密测试仪器和高端检测装备。该技术具有鲜明的军民两用特征，不仅可用于油气场地、石化工业园区、石油仓储罐区、城市和农村的燃气管网智能巡检以及煤矿安全预警和地下火智能探测等民用领域，而且还可以用于防区外的化学战剂和毒气的主动远程探测和识别等国防和军事反恐等领域，对保护国家和人民的人身及财产安全具有重要意义。无人机（UAV）载单端非合作目标式激光传感器危险气体遥测技术填补了地面监测技术与常规有人驾驶机载监测之间的空白，相比于地面监测/检测仪器，UAV机载检测可覆盖更大更全的范围，更加机动灵活，有更高的巡检效率；与常规有人驾驶飞机的机载监测/检测方法相比，UAV机载检测成本大大缩减，避免了对驾驶人员的危险性，无论军用还是民用都可以更加方便灵活。因此，对该技术进行研究对新一代精密嗅觉探测有重要意义。 针对石化行业在生产、加工、运输、存储和使用环节对可燃和毒性气体泄漏的同时高效检测的迫切需求，将激光传感器、检测技术、无人机导航和控制、计算机编程等多种技术融合，利用仪器科学与技术、控制科学与工程、人工智能和机械工程等多个学科交叉的优势，建立基于无人飞行平台的高灵敏的稳健的危险气体遥测体系，最终实现轻/小型UAV机载激光传感器的危险气体遥测及源定位，为新一代的智能化机器嗅觉开辟了新的研究方向。 拟解决的关键技术包括： 1.甲烷和硫化氢两种气体的同时高灵敏远距离遥测技术：通过双半导体激光器的高速时分复用覆盖CH4和H2S的强吸收谱线；通过使用波长调制光谱免标定测量方法，可以修正大气压强波动对测量的影响，并且避免因不同测量距离和不同表面对激光反射率的不同造成的光强波动的影响；利用变调制幅度技术，在激光器的一个扫描周期内，针对CH4和H2S不同的半高半宽设置不同的调制幅度，使得二者同时满足最优调制，提高检测的灵敏度；将波长调制与主动激光外差光谱结合，提高检测信噪比1个数量级以上，可将遥测距离拓宽到百米量级；利用参数优化的Kalman滤波方法将传感器的输出波动降低到2/3以上，大大提高测量精度。 2.单端式传感器的小型化、轻量化设计：通过使用光纤耦合式设计，配合使用Grin lens准直手段，减轻重量和体积；使用自制的小型化光电探测器电路，其体积和质量比商用的探测器减小5倍；传感器壳体使用铝金属加工（对精度有严格要求的部分）和3D塑料打印（对精度无严格要求的部分），也有助于传感器质量的减轻；采用超薄的树脂菲涅尔透镜作为接收窗口，大大降低了质量。 3.不同颜色、尺寸、形状的管道目标物的快速精确识别技术：将国家标准规定的不同规格型号的管道图片进行整理，同时对实验室中验证实验布置的管道和石油储罐区现场的各种气体管道进行图像采集，形成大量管道图像数据集，建立深度学习的CNN模型进行训练，利用训练好的模型可实现可以实现管道目标物的快速精确识别。 4.气体泄漏点的精准定位技术：按发现羽流-重建羽流-泄漏源定位的研究思路，利用UAV万向盘的优势，带动激光遥测传感器在不同位置、不同角度扫描得到气体羽流的分布信息，结合气体扩散模型，可以得到气体浓度梯度的空间变化信息，从而可准确对泄漏点进行定位。 创新点： （1）提出将波长调制与主动激光外差光谱结合的新型激光遥测方法，即波长调制-主动激光外差光谱检测方法，用外差检测取代直接检测，对同一吸收谱线，外差检测系统可实现的信噪比通常比直接检测系统高3-4个数量级，可将检测灵敏度提高到接近散粒噪声极限水平，理论上可以探测到pw量级的微弱回波光信号，从而将遥测距离拓宽到百米量级，高的信噪比也可实现高的检测精度。 （2）提出了基于UAV飞行平台的多传感器融合的气体泄漏智能定位方法，并研发了样机系统，可视化定位精度达到米级，为自动化智能化的管道泄漏巡检提供了新的高效的解决方案，同时也为相关智能仪器的设计和开发提供借鉴。

将先进的激光传感技术与无人机相结合，实现特定场景（如大型工业园区、灾后现场、恶劣工况环境等）下的危险气体检测和预警成为当下的热门研究领域。当前的电子鼻大都基于传统的金属氧化物气体传感器或其它电化学式传感器/阵列。与之相比，激光传感器具有特异性强、灵敏度高、响应速度快、可远距离遥测、可多参量同时测量、可空间分布测量等优势。因此，特别适合与无人机相结合，用于危险区域巡检、野外探测等领域，能大量的节省人力资源，降低人力成本的同时，可大大提高检测的效率和灵活性，对现有的地面监测技术和常规有人驾驶机载检测技术是一个有力的补充，已成为新一代的机器嗅觉发展的主要方向之一，具有广阔的应用前景。 所研究的成果可直接用于石化工业园区、石油储罐区等石化行业在生产、加工、运输、存储和使用等环节管道泄漏检测，也可用于煤矿安全预警和地下火探测等领域，具有广阔的市场前景。另外，本研究的智能激光气体遥测方案具有通用性，通过更换不同波段的激光器，可以实现其它气体的检测，容易推广到环境保护、工业过程检测和控制以及国防安全等应用领域。因此，研究成果应用前景涉及能源、安全和环保三大国计民生领域，可产生重大的经济效益和社会效益。