CN111123367A - 一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法，属于水下仪器设备领域，该装置包括套设于设立于基准轴一侧的固定探测结构以及安装在该结构中心的三轴磁场分量测量系统，测量系统主要包括三轴磁场分量测量仪以及信号传输线构成，固定探测结构内部设有缺口作为测量系统的工作空间。基准轴另一侧设有旋转盘结构，该结构内部由用于放置三轴磁场分量测量仪的缺口和用于放置导线的导线槽，旋转盘整体与基准轴用旋转轴连接。本发明利用旋转盘实现双基可变角度探测，极大的改善了单基探测系统在实际测量中存在的死区问题，具有结构简单、安全可靠、便于安装维护等有点。

Description

一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法

技术领域

本发明属于水下仪器设备领域，涉及一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法。

背景技术

水下作业不可避免的会涉及水下环境的探测，而针对铁磁性物体的探测在水下打捞等作业时有着重要的作用。目前以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。但是当水下环境较为复杂时复，声纳探测的灵敏度受到一定的限制，同时，声纳探测还有自身的诸如“声影区”的局限，非声探测技术将发挥重要的作用，其中水下磁场探测技术是一种基于磁异信号的目标探测技术，是近年来随着磁传感器的测量精度不断提高而新兴的一种目标磁探测技术。

目前，利用磁扰动信号检测水下目标往往采用单磁场探测系统。如中国发明专利CN109991669A、CN109521477A。对于利用双探测基进行磁性目标定位的发明较少，已有的发明中，如中国发明专利CN103926625B采用四台磁传感器平面排列测量，结构以及工作原理较为复杂，要实现准确的目标测量，对四台传感器的测量精度以及校准精度有着很高的要求，在实际应用中不便于安装。

而针对全张量磁梯度定位算法在某些探测区域会出现探测误差，从而导致整体测量准确度较低的问题，较少有人提供成熟可靠的解决方法。在传感器测量精度不变且较难提高的情况下，该问题会成为长期掣肘定位准确度的重要因素，因此，针对该难点的改进方法对磁场定位领域的发展起着重要的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统，包括置于基准轴(2)一侧的固定测量模块(1)以及安装在固定测量模块缺口上的三轴磁场分量测量系统；

以及另一侧的旋转盘；

旋转盘包括旋转轴(4)和放置可变三轴磁场测量系统的缺口(3)，中间的基准轴内部有放置驱动电机和控制端口的缺口(5)，控制信号线由基准轴圆柱形导管进入驱动电机，再经由旋转轴进入左右两侧的固定测量模块和可变测量模块。

可选的，所述旋转盘的缺口由圆柱形缺口空间与旋转轴相连接。

可选的，所述三轴磁场分量测量系统和可变三轴磁场测量系统由旋转轴连接，并通过旋转轴内部空间放置信号传输线。

可选的，所述固定测量模块与基准轴刚性连接不可产生相对位移或旋转。

可选的，所述驱动电机由控制端口的命令控制，控制端口通过置于基准轴内部的信号传输线接受和发送信号。

可选的，所述信号传输线由防水耐磨材料包裹。

基于所述系统的双基定位探测方法，该方法包括如下步骤：

首先，将探测装置置于水中；

然后，利用两侧磁场信号采集系统采集信号，并传导至其基准轴，同时利用驱动电机控制旋转盘转动，从而使得两侧测量系统的测量轴相异；

最后，利用两个测量系统的测量得到的全张量磁梯度矩阵的相对特征值的离散程度作为判据，判断两个不同基准测量系统的测量结果的可靠性，最终选择可靠性高的一组测量结果最为最终结果输出。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用双基探测结构，相对于单基探测式的采集器，可以很大程度上减少探测死区所造成的影响，从而更加有效的提高对水下铁磁性物体的探测的准确率。

2、本发明利用了旋转盘和旋转轴构建可变探测系统，通过对旋转驱动电机的控制和调整，可以使整体探测系统的识别准确率达到最佳。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所涉及的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置及其方法的三维模型图；

图2为整体结构径向示意图；

图3为旋转盘结构示意图；

图4为基准轴结构示意图；

图5为双基探测系统探测准确率对比图；

图6为不同探测基在进行定位探测时的磁场梯度张量。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图4，附图中的元件标号1-9分别表示：固定测量模块1、基准轴2、旋转盘测量缺口3、旋转轴4、基准轴内缺口5；其中，旋转盘6、驱动电机7、控制端口8、数据传输线9。

实施例基本如附图所示：本实施例中提供一种基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，包括置于基准轴2一侧的固定测量模块1以及安装在固定测量模块缺口上的三轴磁场分量测量系统，另一侧为旋转盘，旋转盘由旋转轴4和放置可变三轴磁场测量系统的缺口 3构成，中间的基准轴内部有放置驱动电机和控制端口的缺口5，所述控制信号线由基准轴圆柱形导管进入驱动电机，再经由旋转轴进入左右两侧的固定测量模块和可变测量模块。

采用上述方案，当外界存在铁磁性物体时，其周围会产生磁场扰动，在固定测量模块1 和放置在缺口3可变测量模块的共同探测下，会将获得的磁场信号通过旋转轴4内的数据传输线传送到基准轴内缺口5中的控制端口上，在本例中两个不同基准的探测系统得到探测结果，利用张量磁梯度矩阵的特征值判定可靠性，然后通过控制端口8进行数据处理并通过数据传输线9向外输出测量结果。

本实施例中的旋转盘6是一种特殊的异形结构，采用该结构能够实现连接可变探测系统与控制端口8通过旋转盘6中的内部凹槽可以实现探测系统与控制系统的信号传输，并由轻型材料通过线切割加工工艺制备而成，可以便于利用小型驱动电机进行控制，从而使得整体测量系统具有小型化、轻型化的特点。

本实施例中的双探测系统由旋转轴连接，并通过旋转轴内部的信号传输线9连接到控制端口7。这样的结构使得整体系统结构紧凑，便于实现小型化、轻型化的特点。

本实施例中的固定测量系统1与基准轴2刚性连接，这样的设计使得整体结构有较高的稳定性，从使得探测结果的可靠性更高。

本实施例中的控制端口8是一种可以接受和发送信号的小型计算机，主要用以接收双探测系统采集到的信号、控制驱动电机7的工作，针对不同的控制环境，利用采集到的数据结果进行分析，控制电机的工作模型，使得在该结构下整体系统的测量准确度最高。

本发明还提供一种基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测方法，利用上述的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，该探测方法包括如下步骤：首先，将探测装置置于水中；然后，利用两侧磁场信号采集系统采集信号，并传导至其基准轴2，同时利用驱动电机7控制旋转盘6转动，从而使得两侧测量系统的测量轴相异；然后，利用两个测量系统的测量得到的全张量磁梯度矩阵的相对特征值的离散程度作为判据，判断两个不同基准测量系统的测量结果的可靠性，最终选择可靠性高的一组测量结果最为最终结果输出。

图5中误差率为仿真设定位置与算法定位位置之间的误差，蓝色数据点表示标准全张量磁梯度定位算法在全方位定位时的误差率，红色数据点表示利用双基探测系统进行仿真得到的全方位检测的结果。从图5中可以看出，采用双基探测系统的方式可以有效的提高磁异常目标定位的准确率。

图6为不同探测基在进行定位探测时的磁场梯度张量，红线为处于探测死区的测量系统的相对特征值变化图，蓝色为处于正常测量状态时的相对特征值变化图。利用相对特征值的极差以及方差作为判据，可以得到相对特征值的离散程度从而得到两组系统的测量结果的可靠性，综合二者数据从而可以得到最优的结果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统，其特征在于：包括置于基准轴(2)一侧的固定测量模块(1)以及安装在固定测量模块缺口上的三轴磁场分量测量系统；

以及另一侧的旋转盘；

旋转盘包括旋转轴(4)和放置可变三轴磁场测量系统的缺口(3)，中间的基准轴内部有放置驱动电机和控制端口的缺口(5)，控制信号线由基准轴圆柱形导管进入驱动电机，再经由旋转轴进入左右两侧的固定测量模块和可变测量模块。

2.根据权利要求1所述的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，其特征在于：所述旋转盘的缺口由圆柱形缺口空间与旋转轴相连接。

3.根据权利要求1所述的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，其特征在于：所述三轴磁场分量测量系统和可变三轴磁场测量系统由旋转轴连接，并通过旋转轴内部空间放置信号传输线。

4.根据权利要求1所述的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，其特征在于：所述固定测量模块与基准轴刚性连接不可产生相对位移或旋转。

5.根据权利要求1所述的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，其特征在于：所述驱动电机由控制端口的命令控制，控制端口通过置于基准轴内部的信号传输线接受和发送信号。

6.根据权利要求3所述的基于磁扰动信号探测的水下铁磁性物体探测装置，其特征在于：所述信号传输线由防水耐磨材料包裹。

7.基于权利要求1～6中任一项所述系统的双基定位探测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

首先，将探测装置置于水中；

然后，利用两侧磁场信号采集系统采集信号，并传导至其基准轴，同时利用驱动电机控制旋转盘转动，从而使得两侧测量系统的测量轴相异；

最后，利用两个测量系统的测量得到的全张量磁梯度矩阵的相对特征值的离散程度作为判据，判断两个不同基准测量系统的测量结果的可靠性，最终选择可靠性高的一组测量结果最为最终结果输出。

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