CN105629313B - 海洋移动目标的磁通探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋磁性目标的磁通探测方法，包括制作磁通感应线圈，将磁通感应线圈布置在海底的一定位置，当移动磁性目标经过感应线圈上方时，引起线圈内磁通量的变化，磁通量变化经电缆连接到陆地信号处理系统进行信号处理(数据处理)，实现对海洋移动磁性目标的非接触式被动探测。该方法具有以下特点：1)全被动探测，隐蔽性好；2)无需消耗能源，无电力传输问题；3)全天候探测，不受水纹天气影响；4)低成本，高可靠。5)磁通感应线圈可根据用户进行定制，完成不同探测任务。
Description
技术领域
本发明属于磁性目标探测技术领域，具体来说，本发明涉及一种利用无源磁通探测技术实现对移动磁性目标的探测。
背景技术
随着我国海洋探索的不断深入，对海洋中的水面船只、水下航行器、掠海飞行器等活动的监测日益重要。为保障我国海洋权益，必须对这些活动目标实行有效探测。现阶段，针对海洋船只等目标的探测手段主要依靠声学探测，声学探测属于主动探测，随着各种反侦察技术的发展，海洋目标针对声学探测采用降噪、吸声等手段，有效降低了被侦测的可能性，同时小型潜航器等设备由于尺度小，无法被声学手段探测，这些给我国海洋安全提出了挑战。
本发明提出利用磁通探测的方法作为一种新的非接触、无源探测手段，能够对海洋磁性移动目标进行有效探测。
本发明所采用的磁通探测方法是一种全新的针对磁性目标探测方法，它打破以往依靠声波等主动、有源探测手段的限制，以其被动、无源、可靠的特点，成为解决海洋非接触探测问题新的途径。
发明内容
经过不懈的研究，本发明人出乎意料地发现通过利用在水中布设磁通感应线圈捕获海洋移动磁性目标引起的磁通信号变化，从而能够获得海洋磁性目标移动的特征信息，实现高精度地非接触探测。因此，本发明的目的在于提供一种海洋磁性目标的磁通探测方法。
本发明目的是通过如下技术方案实现：
一种海洋磁性目标的磁通探测方法，包括制作磁通感应线圈，将磁通感应线圈布置在海底的一定位置，当移动磁性目标经过感应线圈上方时，引起线圈内磁通量的变化，磁通量变化经电缆连接到陆地信号处理系统进行信号处理(数据处理)，实现对海洋移动磁性目标的非接触式被动探测。
其中，海底的磁通感应线圈阵列排列，彼此互连。
其中，磁通感应线圈产生的感应信号通过陆地信号处理系统进行信号处理，得到一条反应畸变磁场的感应信号曲线，通过对该曲线的时频分析，得出目标的磁性大小、距线圈距离以及移动速度的参数信息，实现对目标的探测。
其中，磁通感应线圈在缠绕线圈的过程中，线圈走线成螺旋排列，每个感应线圈框单独引信号线至陆地信号处理系统，对信号进行采集，所采信息进行处理处理，并使用时频相空间谱解析出目标的特征磁通纹，反演出被测目标与线圈的距离，被测目标的移动速度，被测物的运动方向以及被测物体的部分本征信息，实现探测。
其中，所述方法具体包括以下步骤：
第一步，确定磁通线圈布设条件，目标海域水深H；被测目标本征信息，包括运动速度V及磁矩M；
第二步，单磁通感应线圈绕制，线圈匝数N，其中，根据水深H、被测目标移动速度V、磁矩M选择N的取值范围1≤N≤1000；
第三步，由单磁通感应线圈作为磁性探测单元沿直线排布成螺旋阵列，相邻线圈的绕线方向相反。目标单个线圈长度为L1、宽度W1，L1取值范围2米≤L1≤20米。单个线圈宽度W1与水深H、目标磁矩M、目标尺度大小相关，取值范围2米≤W1≤100米。将螺旋阵列单元设置在目标海域海底以使被测目标从其附近通过；每个单磁通感应线圈单独引信号线至陆地信号处理系统，陆地信号处理系统包括数据采集系统和处理器；
第四步，当磁性被测物在线圈附近以速度V经过时，磁性探测单元中的每个单磁通感应线圈根据距离磁性被测物的远近分别捕捉到磁性被测物引起的线圈周围磁场畸变，产生各自的感应信号；
第五步，数据采集系统对感应信号进行采集，所采信息经过处理器进行信号处理，并使用时频相空间谱解析出目标的特征磁通纹，最终能够反演出被测物与线圈的距离，被测物的移动速度，被测物的运动方向以及被测物体的部分本征信息，实现对目标探测。
其中，上述磁性探测单元中的单磁通感应线圈替换为内外两个单磁通感应线圈，由呈“回”字形的两个单磁通感应线圈构成或者由六边形的内外两个单磁通感应线圈绕制成。
进一步地，上述磁性探测单元中的单磁通感应线圈替换为内外两个单磁通感应线圈，由呈“回”字形的两个单磁通感应线圈构成或者由六边形的内外两个单磁通感应线圈绕制成。
本发明的方法可将其中的磁通感应线圈放置于海底替换为放置在地面或地下，用于检测汽车、火车或飞机。
进一步地，单个磁通感应线圈单元垂直地面放置，磁通感应线圈单个线圈长度为L2、宽度W2，L2取值范围0.1米≤L2≤3米，线圈宽度W2取值范围0.05米≤W1≤0.5米，且所述方法用于安防领域，探测手机、移动通信设备的磁性电子设备。
本发明可以通过磁通感应的方式获取被测物体的运动信息和本征信息。本专利所采用的非声探测技术，首先具有非接触的特点，该探测系统利用被测物本身的特有磁性信息，不需要与被测物体接触，即可判断被测物体本征信息；其次，该探测系统无需供电，对于海底探测的一个重要问题就是能源供给，而本系统的磁通感应线圈完全不需要供电，避免本身系统的维护供给的同时也避免外来设备的破坏和探测；本系统为被动系统，不会因为主动发射任何探测信号，只有在被测物靠近至一定范围才会有感应，所以该探测系统无法被侦测；本系统同时具有方便布设的特点，对于复杂的海底环境，该系统布设简单，成本低廉，探测效果优良。该探测设备不止局限于海洋磁性动目标，在民用方面，该探测系统同样得益于上述特点，可应用于重点部门、设施安防，非接触探测等领域。
该方法具有以下特点：1)全被动探测，隐蔽性好；2)无需消耗能源，无电力传输问题；3)全天候探测，不受水纹天气影响；4)低成本，高可靠。5)磁通感应线圈可根据用户进行定制，完成不同探测任务。
附图说明
图1为本发明一实施方式的磁通感应线圈探测海底移动磁性目标的示意图。图中感应线圈根据具体布设位置和线圈与被测磁性物体距离可进行调整。
其中，1——磁通感应线圈；2——移动磁性目标；
图2为本发明的利用无源磁通探测技术对移动磁性目标进行探测的方法实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的海洋磁性目标的磁通探测方法进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。
图1为本发明一实施方式的海洋无源磁通感应线圈探测移动磁性目标平面示意图。图中感应线圈根据具体布设位置和线圈与被测磁性物体距离(h)可进行调整，采用“回”字螺旋对消技术实现对磁通变化信号的捕获。
具体来说，本发明的海洋磁性目标的磁通探测方法，包括制作磁通感应线圈1，将磁通感应线圈1阵列排列，彼此互连，布置在海底的一定位置，当移动磁性目标2经过磁通感应线圈1上方时，引起线圈内磁通量的变化，磁通量变化经电缆连接到陆地信号处理系统进行信号处理(数据处理)，得到一条反应畸变磁场的感应信号曲线，通过对该曲线的时频分析，得出海洋移动磁性目标2的磁性大小、距线圈距离以及移动速度的参数信息，实现对海洋移动磁性目标2的探测。由图1中可以看出，其中，磁性探测单元中的单磁通感应线圈替换为内外两个单磁通感应线圈，由呈“回”字形的两个单磁通感应线圈构成或者由六边形的内外两个单磁通感应线圈绕制成。
以下对利用本发明进行目标探测的步骤进行详细说明，其流程图如图2所示。
第一步，确定磁通线圈布设条件，目标海域水深H；被测目标本征信息(运动速度V及磁矩M)；
第二步，单磁通感应线圈绕制，线圈匝数N(根据水深H、被测目标移动速度V、磁矩M可选择N的取值范围1≤N≤1000)；
第三步，由单磁通感应线圈作为磁性探测单元沿直线排布成螺旋阵列单元，相邻线圈的绕线方向相反。单个线圈长度为L1、宽度W1，L1取值范围2米≤L1≤20米。单个线圈宽度W1与水深H、目标磁矩M、目标尺度大小相关，取值范围2米≤W1≤100米。将螺旋阵列单元设置在目标海域海底以使被测目标从其附近通过；每个单磁通感应线圈单独引信号线至岸端测试设备，岸端测试设备包括数据采集系统和处理器；
第四步，当磁性被测物在线圈附近以速度V经过时，磁性探测单元中的每个单磁通感应线圈根据距离磁性被测物的远近分别捕捉到磁性被测物引起的线圈周围磁场畸变，产生各自的感应信号；
第五步，数据采集系统对感应信号进行采集，所采信息经过处理器进行信号处理，并使用时频相空间谱解析出目标的特征磁通纹，最终能够反演出被测物与线圈的距离，被测物的移动速度，被测物的运动方向以及被测物体的部分本征信息，实现对目标探测。其中，信号处理结果显示磁性被测物的移动速度V、移动方向、到感应线圈距离h等信息；根据数据处理信息，分析目标磁通纹特征，给出磁性移动目标的特征信息(磁矩M)。
对本发明而言，在实施该方法前可获取目标海域的地理水纹特征及被测目标的基本特征(目标尺寸，排水量、磁特性指标等)。结合上述特征，在湿端(水下)布设磁通感应线圈，海洋中当磁性目标在磁通感应线圈附近移动时，会对线圈周围磁场产生扰动，使磁场产生畸变，磁通感应线圈能够捕获这一畸变，产生感应信号。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种海洋磁性目标的磁通探测方法，包括制作磁通感应线圈，将磁通感应线圈布置在海底的一定位置，当移动磁性目标经过感应线圈上方时，引起线圈内磁通量的变化，磁通量变化经电缆连接到陆地信号处理系统进行信号处理，实现对海洋移动磁性目标的非接触式被动探测，海底的磁通感应线圈阵列排列，彼此互连，其中，磁通感应线圈在缠绕线圈的过程中，相邻线圈缠绕方向相反成螺旋排列，每个感应线圈框单独引信号线至陆地信号处理系统，对信号进行采集，所采信息进行处理，并使用时频相空间谱解析出目标的特征磁通纹，反演出被测目标与线圈的距离，被测目标的移动速度，被测物的运动方向以及被测物体的部分本征信息，实现探测。
2.如权利要求1中所述的磁通探测方法，其中，磁通感应线圈产生的感应信号通过陆地信号处理系统进行信号处理，得到一条反应畸变磁场的感应信号曲线，通过对该曲线的时频分析，得出目标的磁性大小、距线圈距离以及移动速度的参数信息，实现对目标的探测。
3.如权利要求1中所述的磁通探测方法，其中，所述方法具体包括以下步骤：
第一步，确定磁通线圈布设条件，目标海域水深H；被测目标本征信息，包括运动速度V及磁矩M；
第二步，单磁通感应线圈绕制，线圈匝数N，其中，根据水深H、被测目标移动速度V、磁矩M选择N的取值范围1≤N≤1000；
第三步，由单磁通感应线圈作为磁性探测单元沿直线排布成螺旋阵列，相邻线圈的绕线方向相反。单个线圈长度为L1、宽度W1，L1取值范围2米≤L1≤20米。单个线圈宽度W1与水深H、目标磁矩M、目标尺度大小相关，取值范围2米≤W1≤100米。将螺旋阵列设置在目标海域海底以使被测目标从其附近通过；每个单磁通感应线圈单独引信号线至陆地信号处理系统，陆地信号处理系统包括数据采集系统和处理器；
第四步，当磁性被测物在线圈附近以速度V经过时，磁性探测单元中的每个单磁通感应线圈根据距离磁性被测物的远近分别捕捉到磁性被测物引起的线圈周围磁场畸变，产生各自的感应信号；
第五步，数据采集系统对感应信号进行采集，所采信息经过处理器进行信号处理，并使用时频相空间谱解析出目标的特征磁通纹，最终能够反演出被测物与线圈的距离，被测物的移动速度，被测物的运动方向以及被测物体的部分本征信息，实现对目标探测。
4.如权利要求3中所述的磁通探测方法，其中，上述磁性探测单元中的单磁通感应线圈替换为内外两个单磁通感应线圈，由呈“回”字形的两个单磁通感应线圈构成或者由六边形的内外两个单磁通感应线圈绕制成。
5.如权利要求1中所述的磁通探测方法，其中，单个磁通感应线圈单元垂直地面放置，磁通感应线圈单个线圈长度为L2、宽度W2，L2取值范围0.1米≤L2≤3米，线圈宽度W2取值范围0.05米≤W1≤0.5米。
6.如权利要求5中所述的磁通探测方法，其中，所述方法探测移动通信设备的磁性电子设备。
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