CN114325849A - 一种海底金属设备的定位方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种海底金属设备的定位方法、系统、设备和存储介质。该方法包括：将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；根据可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，根据感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过高度计获取所述高度计到海底的实时高度；根据实时高度和第一高度，计算金属设备的埋深度，完成对所述金属设备进行定位。该方法计算被探测物位置方法明了，有利于计算机编程，实用性强；自动消除背景磁场的影响，提高作业精度。

Description

一种海底金属设备的定位方法、系统、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及水下机器人领域，特别是涉及一种海底金属设备的定位方法、系统、设备和存储介质。

背景技术

目前，海底电缆和光缆正常运行时带有工作电压和电流，而在施工前或故障时通常是没有电力传输；海上风电和岛间电缆通常为交流电源，海底光缆大多采用高压直流供电。海底金属管道通常是没有电源通过。在这些活动中，需要一套海底电缆、光缆和管道检测装置来进行海底电缆和管道定位。目前主要有以下解决方式：1)声学探测，利用声波反射原理，探测海床和海床以下物体位置，存在精度不高，发射能量高的缺点。2)光学探测，只能获取海床表面物体，无法获取精确位置；3)采用高压试验装置，造成运行电缆停止工作，也容易造成二次伤害；4)利用电磁感应原理设计地线管线探测设备，不适合海洋使用环境，需要满足海洋运载平台搭载要求，同时使用时适合对象单一，不能满足上述多场景应用，提供数据精度有限。5)有的水下探测设备采用交流工频供电，可能与探测电缆对象为相同频率，这使得该类水下探测设备不适合该频率的电缆定位。

例如存在一种基于ROV平台的海底管道探测装置，包括甲板单元和水下探测装置，水下探测装置在ROV平台上集成多波束声呐、单波束声呐、光学成像系统、照明系统、CTD、电子罗盘、声信标和电气系统。在ROV平台前方安装一台多波速声呐，下方安装一台单波束声呐，通过安装两部二维前视声呐，可获得距离、角度和深度三维信息的分辨率，结合GPS、超短基线定位系统、电子罗盘和CTD的数据，通过数据计算和分析，实现对海底管道异常点的精确定位。

但是上述的方法仅仅是一种管线探测装置的ROV应用搭载，未涉及管线探测装置本身的处理方式，导致探测较为复杂且精度较差，无法适应目前的技术要求，如何设计一种高精度的海底金属设备的定位，需要进一步的技术探索。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种海底金属设备的定位方法、系统、计算机设备和存储介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种海底金属设备的定位方法，该方法包括：

将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

进一步的，所述根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统，包括：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

进一步的，所述根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统，还包括：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

进一步的，所述根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量，包括：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

另一方面，本发明实施例还提供了一种海底金属设备的定位系统，包括：

磁场控制模块，用于将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

感应通信模块，用于根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

偏移量获取模块，用于根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

高度测量模块，用于获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

定位处理模块，用于根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

进一步的，所述感应通信模块包括模式选择单元，所述模式选择单元用于：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

进一步的，所述感应通信模块包括电磁感应控制单元，所述电磁感应控制单元用于：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

进一步的，所述偏移量获取模块包括感应计算单元，所述感应计算单元用于：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

上述海底金属设备的定位方法、系统、计算机设备和存储介质，该方法包括：将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。该方法能够实现搭载载体前后方两侧同时定位，有利于被探测物路径拟合；适合主动探测、在线探测、激励探测多种模式，作业范围广，适用场景多；计算被探测物位置方法明了，有利于计算机编程，实用性强；能在主动模式下，自动消除背景磁场的影响，提高作业精度。

附图说明

图1为一个实施例中海底金属设备的定位方法的流程示意图；

图2为一个实施例中进行不同工作模式选择的流程示意图；

图3为一个实施例中水下电磁感应工作的流程示意图；

图4为一个实施例中金属设备的横向偏移量计算方法的流程示意图；

图5为一个实施例中海底金属设备的定位系统的结构框图；

图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种海底金属设备的定位方法，所述方法包括：

步骤101，将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

步骤102，根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

步骤103，根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

步骤104，获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

步骤105，根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

具体地，本实施例中金属设备是海底的被探测物，可以为海底管道及海缆等，该方法适合ROV、挖沟机、载人水下机器人等多种水下机器人运载平台。根据各水下机器人平台的运行特点，搭载本发明的海底管道及海缆的高精度定位装备，实现利用挖沟机、ROV等水下机器人平台对海底管道及海缆的高精度定位，参与水下机器人的作业控制；作业能力更强，不同于光学和声学设备，利用电磁感应原理可以实时测量目标金属线缆位置，能够准确获取目标电缆或管道的位置信息，用于目标搜寻、故障定位及施工作业要求；可实现前后位置同时探测，适合挖沟机前端探测电缆需求，后侧检测电缆埋深和位置记录要求；适应范围广，具有多种作业模式，采用外加激励、线圈感应及多位置传感器探测，同时适合有源电缆、无源电缆、金属管道、交流电缆和直流电缆等多种目标对象的位置定位，使用范围广，适用能力强。集成高度计，可以抵消设备安装高度的影响，最大程度实时消除海床形态影响，计算出探测目标的真实埋深。另一方面，该方法能够实现搭载载体前后方两侧同时定位，有利于被探测物路径拟合；适合主动探测、在线探测、激励探测多种模式，作业范围广，适用场景多；计算被探测物位置方法明了，有利于计算机编程，实用性强；能在主动模式下，自动消除背景磁场的影响，提高作业精度。

在一个实施例中，如图2所示，对于不同的金属设而言，进行不同工作模式选择的流程包括以下步骤：

步骤201，根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

步骤202，当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

步骤203，当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

步骤204，当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

具体地，在刚开始进行定位是，系统进行初始化，并建立水面水下通信连接，在水面处理系统上输入并确认水下三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择。

当选择在线探测模式时，即被探测物磁场信号来自自身工作电流，其大小可能根据运行载荷变变化，运行频率通常为定频。系统将启动三维磁场传感器进行探测，获取姿态传感器和高度计信息，计算被探测物位置，将计算数据发送至水面处理系统。

当选择激励探测模式时，即被探测物磁场信号需要通过水面可调注流装置施加，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并被探测物形成回路，产生施加电流同频磁场。系统将启动三维磁场传感器进行探测，获取姿态传感器和高度计信息，计算被探测物位置，将计算数据发送至水面处理系统。

当选择主动探测模式时，即被探测物磁场信号通过感应电磁感应系统产生的磁场而产生，具体过程为电磁感应系统产生中频恒流电源，形成稳定交变磁场，被探测物磁场在稳定交变磁场中产生感应电势，产生感应电势在被探测物形成的闭环回路上产生感应电流，该感应电流产生磁场信号。在远离被探测物或被探测物不形成回路时，启动电磁感应系统，三维磁场传感器别探测电磁感应系统产生磁场强度B1，该磁场即为背景磁场。在接近被探测物且被探测物形成回路时，三维磁场传感器探测被探测物感应电流产生磁场和电磁感应系统产生磁场的综合强度B2。水下控制处理系统通过计算，去除背景磁场影响，获取被探测物感应磁场强度，分解X、Y、Z方向感应电势，获取姿态传感器和高度计信息，计算被探测物位置，将计算数据发送至水面处理系统。

此外，对于本方法而言，水下通信供电单元为可水下挖沟机或水下机器人运载体的设备，也可以是独立的通信供电模块，具有以太网通信或串口通信，并提供供电。其能将以太网和串口通信回路独立透明通过光电转换模块转换成光信号传输至水面，也同时将水面发送的光信号转换成电信号按指令发送给对应的串口或以太网端口。水面通信供电单元为水下通信供电单元的水面对应设备，将水面处理系统发送的命令转换成光信号通过脐带缆传输至水下通信供电单元，并将水下通信供电单元发送的光信号转换成电信号发送至对应的串口或以太网端口，从而发送至连接的水面处理系统，具有以太网通信或串口通信，并提供供电。其能将以太网和串口通信回路独立透明通过光电转换模块转换成光信号传输至水面。采用水下通信供电单元和水面通信供电单元可以使发明装置不受水深造成通信距离限制的影响，适合浅水和深水工作。水面处理系统由计算机硬件和处理软件组成。用于将水面的三维磁场传感器、高度计、水下控制处理系统的安装位置信息发送给水下控制处理系统，用于水下控制处理系统计算水下被探测物的位置；同时水面处理系统接受水下控制处理系统计算的横向偏移量、水平偏移角、深度信息，拟合出被探测物的位置曲线，并通过水面显示器显示。水面处理系统预留对外通信接口，可以将数据发送至水面用户处理系统。水面用户处理系统将获取的水下被探测物的位置与定位数据融合，实时记录水下被探测物的定位数据。水面显示器用于显示水面处理系统计算机界面。水面可调注流装置为发明装置工作在外部激励模式下，给被探测物注入设定的恒流信号，为三维磁场传感器提供可被探测的信号。水面可调主流装置内置电池，具有可调频逆变回路和人机显示界面，人机界面用于设置所需频率和电压等级，其发射机接入水下被探测物一端，回流极接入海水。水下被探测物另一端接至水下，通过海水回流回流极，形成回路。水面可调注流装置通过控制可调频逆变回路产生恒流信号，形成稳定磁场，为三维磁场传感器提供可被探测的信号。

在一个实施例中，如图3所示，在进行定位过程中，进行水下电磁感应工作流程包括：

步骤301，通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

步骤302，在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

步骤303，将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

步骤304，通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

具体地，电磁感应系统由防水电缆线圈及支架、电磁感应系统控制器、中频电源逆变器、中频滤波器、中频变压器、电流传感器、电压传感器、电磁感应系统耐压舱和多个穿舱水密连接器。电磁感应系统用于接受水下控制处理系统命令用于产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，从而产生一个稳定的中频磁场。电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管，将通过穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，再通过中频滤波，将电源滤波成正弦信号，通过中频变压器，调节成恒流源。电磁感应系统控制器通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，从而稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。中频电源逆变器由输入正负母线、前端支撑电容、H桥MOSFET半导体管组成。中频电源逆变器输入电源为直流电源，可接受宽范围的直流电源。H桥MOSFET半导体管的驱动PWM脉冲由电磁感应系统控制器产生，输出交流电源接入中频滤波器。中频滤波器按照设定的中频频率选择滤波器参数，将中频电源逆变器输出PWM电源滤除其它频率，输出正弦中频电源，接入中频变压器。中频变压器可进一步增强滤波效果，并同时实现低电压调节，实现变压器副边可直接接入电缆线圈。由于输入直流电源高于电缆线圈所需的电压，该中频变压器通常为降压变压器。电流传感器和电压传感器分别用于反馈输出电源的电流和电压数值及频率。防水电缆线圈采用电缆按照长方形布置，电缆线圈两端为水密连接器插头，插接在电磁感应系统的输出电源的穿舱水密连接器上。采用电缆线圈具有抗水压及安装便捷。电磁感应系统耐压舱用于密封中频电源逆变器、电磁感应系统控制器、中频滤波器、中频变压器、电流传感器和电压传感器等，可使电磁感应系统工作于深水环境，通过多个穿舱水密连接器与水下外部设备连接器。电磁感应系统可根据需要设置4个穿舱水密连接器。1个用于电磁感应系统控制器与水下控制处理系统相连，用于实现两者通信，并获取控制电源；1个用于中频电源逆变器的外部直流供应；2个用于防水电缆线圈的两端与中频电源输出两端相连。

在一个实施例中，如图4所示，对金属设备的横向偏移量计算方法流程包括：

步骤401，通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

步骤402，根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

步骤403，根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

具体地，被探测目标物自身运行时带有的交变电流，或通过电磁感应系统或可调注流装置让被探测目标物产生交变电流，会在被探测目标物周围产生交变吃的磁场，通过至少2个三轴磁场传感器探测，同时引入三维姿态传感器、高度计信息，以及初始确定的水下控制处理系统与磁场传感器之间的位置信息，通过水下控制处理系统计算处理，消除原来背景时磁场、搭载平台、海床高度和传感器和水下控制处理系统安装位置等影响，实时确定被探测目标物的水平偏移、埋设，同时通过在多个位置加装三轴磁场传感器可以探测不同位置的被探测目标物的水平偏移或埋设。水下控制处理系统实时将测量处理数据发送至水面处理系统进行显示和分析。水下控制处理系统并在测量之前接受水面处理系统的参数设置。

例如，当存在四个三维磁场传感器时，如三维磁场传感器1测得XYZ三个方向感应电势大小Vx1,Vy1,Vz1；三维磁场传感器2测得XYZ三个方向感应电势大小Vx2,Vy2,Vz2；三维磁场传感器3测得XYZ三个方向感应电势大小Vx3,Vy3,Vz3；三维磁场传感器4测得XYZ三个方向感应电势大小Vx4,Vy4,Vz4。忽略安装在同一侧传感器对地高度偏差的影响，都假设前方三维传感器高度为h1，后方三维传感器高度为h2。则有:

tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；

式中tanφ1为三维磁场传感器1测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角，即为Vz1/Vx1，可测量获得；tanφ2为三维磁场传感器2测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角，即为Vz2/Vx2，可测量获得；y1为被探测物到三维磁场传感器1偏移量；y2为被探测物到三维磁场传感器2的偏移量；y12为前方三维磁场传感器1和2之间的距离，安装时输入获取。通过上述公式联立，可以求得y1,y2,h1。根据安装参数，可以计算出水下被探测物与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。根据高度计测量实时高度h，则可根据d1＝h1-h-ha计算被探测物的埋深d1。其中ha为高度计安装与水下控制处理系统的安装差，由安装数据计算，可获得。如果前方三维磁场传感器1,2之间没有启用其它三维磁场传感器，则计算所得偏移量△y1和埋深d1即为被探测物在前方的水下位置，发送给水面处理系统显示。如果前方三维磁场传感器之间启用了其它的三维磁场传感器，则利用三维磁场传感器1和2分别与中间三维磁场传感器计算出偏移量△y1、△y11、△y12、……△y1n，剔除5％偏差过大的取值，再对剩余偏移量取平均值AVG(△y1)＝avg(△y1、△y11、△y12、……△y1n)；同时计算埋深d1、d11、d12、……、d1n，剔除5％偏差过大的取值，再对剩余偏移量取平均值AVG(d1)＝avg(d1、d11、d12、……d1n)；则水下控制处理系统控制器将偏移量AVG(△y1)和埋深AVG(d1)发送给水面处理系统显示。

同理，利用三维磁场传感器3,4数据，计算出三维磁场传感器3,4底下水下被探测物与水下控制处理系统的横向偏移量△y2，埋深d2。如果后方三维磁场传感器3,4之间没有启用其它三维磁场传感器，则计算所得偏移量△y2和埋深d2即为被探测物在前方的水下位置，发送给水面处理系统显示。如果后方三维磁场传感器之间启用了其它的三维磁场传感器，则利用三维磁场传感器3和4分别与中间三维磁场传感器计算出偏移量△y2、△y21、△y22、……y2n，剔除5％偏差过大的取值，再对剩余偏移量取平均值AVG(△y2)＝avg(△y2、△y21、△y22、……y2n)；同时计算埋深d2、d21、d22、……、d2n，剔除5％偏差过大的取值，再对剩余偏移量取平均值AVG(d2)＝avg(d2、d21、d22、……d2n)；则水下控制处理系统控制器将偏移量AVG(△y2)和埋深AVG(d2)发送给水面处理系统显示。

应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种海底金属设备的定位系统，包括：

磁场控制模块501，用于将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

感应通信模块502，用于根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

偏移量获取模块503，用于根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

高度测量模块504，用于获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

定位处理模块505，用于根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

在一个实施例中，所述感应通信模块502包括模式选择单元，所述模式选择单元用于：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

在一个实施例中，所述感应通信模块502包括电磁感应控制单元，所述电磁感应控制单元用于：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

在一个实施例中，所述偏移量获取模块503包括感应计算单元，所述感应计算单元用于：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

关于海底金属设备的定位系统的具体限定可以参见上文中对于海底金属设备的定位方法的限定，在此不再赘述。上述海底金属设备的定位系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。如图6所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现海底金属设备的定位方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行海底金属设备的定位方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海底金属设备的定位方法，其特征在于，所述方法包括：

将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

2.根据权利要求1所述的海底金属设备的定位方法，其特征在于，所述根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统，包括：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

3.根据权利要求1所述的海底金属设备的定位方法，其特征在于，所述根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统，还包括：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

4.根据权利要求1所述的海底金属设备的定位方法，其特征在于，所述根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量，包括：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

5.一种海底金属设备的定位系统，其特征在于，包括：

磁场控制模块，用于将海底的金属设备导入交变电流，利用三维磁场传感器探测所述金属设备产生的可变磁场；

感应通信模块，用于根据所述可变磁场输出X轴、Y轴和Z轴三个方向磁场的感应电压，将所述感应电压传递到连接于所述三维磁场传感器的水下控制处理系统；

偏移量获取模块，用于根据所述感应电压和所述三维磁场传感器到所述金属设备的第一高度，计算得到所述水下控制处理系统到所述金属设备的横向偏移量；

高度测量模块，用于获取所述水下控制处理系统和高度计之间安装的高度差，并通过所述高度计获取所述高度计到海底的实时高度；

定位处理模块，用于根据所述实时高度和所述第一高度，计算所述金属设备的埋深度，根据所述横向偏移量和所述埋深度对所述金属设备进行定位。

6.根据权利要求5所述的海底金属设备的定位系统，其特征在于，所述感应通信模块包括模式选择单元，所述模式选择单元用于：

根据建立的水面水下通信连接，确认所述三维磁场传感器安装位置信息，并进行工作模式选择；

当选择在线探测模式时，所述金属设备的磁场信号来自自身工作电流，在启动三维磁场传感器进行探测同时，获取姿态传感器和高度计的探测信息，将所述探测信息发送至水面处理系统；

当选择激励探测模式时，连接可调注流装置，设置注入电流及频率，并对所述金属设备形成回路，产生施加电流同频磁场，再获取探测信息；

当选择主动探测模式时，所述金属设备的磁场信号通过感应电磁产生的磁场而产生，在稳定交变磁场中产生感应电势，再获取探测信息。

7.根据权利要求5所述的海底金属设备的定位系统，其特征在于，所述感应通信模块包括电磁感应控制单元，所述电磁感应控制单元用于：

通过所述水下控制处理系统的指令产生1000Hz到6000Hz的中频电流源，产生一个稳定的中频磁场；

在电磁感应系统控制器接受启动命令后，产生中频电源逆变器所需的PWM驱动脉冲，驱动中频电源逆变器的MOSFET半导体管；

将穿舱水密连接器的外部供应的直流电转换成中频交流电源，通过中频滤波将电源滤波成正弦信号，并通过中频变压器调节成恒流源；

通过电流传感器和电压传感器反馈进行闭环控制，不断调整PWM驱动脉冲，稳定防水电缆线圈中的电流和两端电源。

8.根据权利要求5所述的海底金属设备的定位系统，其特征在于，所述偏移量获取模块包括感应计算单元，所述感应计算单元用于：

通过第一三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx1,Vy1,Vz1；第二三维磁场传感器测得X轴、Y轴和Z轴三个方向感应电势大小分别为Vx2,Vy2,Vz2；

根据：tanφ1＝Vz1/Vx1＝y1/h1；tanφ2＝Vz2/Vx2＝y2/h1；y1+y2＝y12；联立获取求得y1,y2,h1；

其中，tanφ1为第一三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；tanφ2为第二三维磁场传感器测得的X轴和Z轴线圈获取的感应电势夹角；y1为金属设备到第一三维磁场传感器的偏移量；y2为金属设备到第二三维磁场传感器的偏移量；y12为第一三维磁场传感器和第二三维磁场传感器之间的安装距离；

根据安装参数和y1、y2计算出水下金属设备与水下控制处理系统的横向偏移量△y1。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。

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