CN115903056A - 轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统和方法，该探测系统配置在水空两栖无人航行器上，所述探测系统包括：低频磁传感器，其在广域分布式高压输电网磁激励的环境下采集轨条砦可能存在的区域的空间低频磁信号；以及检测定位模块，其根据所述空间低频磁信号分析空间磁场变化规律，将出现磁异常的位置作为轨条砦的位置。无需主动激发电磁场，而是基于无源被动探测方法，利用水空两栖无人航行器搭载探测系统通过空中、水面、水下等多种模式隐蔽突防至水际滩头，准确获取轨条砦阵的空间分布和范围。

Description

轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统和方法

技术领域

本发明属于轨条砦水/空两栖航行器无源低频自主探测技术领域，具体涉及一种高压低频输电网磁激励轨条砦水/空两栖无人航行器自主低频无源探测系统和方法。

背景技术

轨条砦是一种水际反两栖登陆作战障碍设施，其以梯形水泥墩为底座，再将顶端削尖的钢轨条倾斜固定于底座之上、且面向来威胁方向。轨条砦制作简单、成本低廉、易于布设、无需维护、长期有效，一般多列布设，多设置在水际滩头或中潮线附近，高潮时全部淹没于水下，退潮时全部露出，以集群目标形式布设起到阻碍和延缓渡海抢滩登陆战的作用。其主要目的为刺破来袭登陆艇、两栖送车辆等的底部，使其进水搁浅或沉没，不能再次回程载运部队，或者在钢轨条上绑上反战车地雷，用以直接爆破船体，有效阻止登陆舰艇、车辆的推进，大大拖延登陆作战的推进速度。在抢滩登陆阶段，轨条砦是主要的障碍目标，是阻碍登岛作战的一大难题，如何对滩头大量的轨条砦进行探测，并定点“破障”是抢滩登陆战、夺取敌占岛屿、海岸等重要目标开始的一个不可避免难题，破除轨鹿砦成为登陆作战的必备科目。

传统的密集炮火地毯式覆盖、轰炸、导弹等爆破方式，效费比低，清除效率也很低，精度差，且容易破坏滩地的地形，不利于登陆部队的推进；而采用人工的定点爆破手段，不仅难度大，而会造大量成人员伤亡。尽管50kg的装药可以彻底摧毁半径10m内的轨鹿砦，但难点是怎么在水下找到轨鹿砦进行定点清除。因此，采用无人设备对轨条砦进行自动探测和爆破，既能避免人员伤亡、减小地形破坏，且成本低，对抢滩登陆战具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统和方法，无需主动激发电磁场，而是基于无源被动探测方法，利用水空两栖无人航行器搭载探测系统通过空中、水面、水下等多种模式隐蔽突防至水际滩头，准确获取轨条砦阵的空间分布和范围。

根据本发明实施例第一方面，提供一种轨条砦低频无源自主探测系统，该探测系统配置在水空两栖无人航行器上，所述探测系统包括：低频磁传感器，其在广域分布式高压输电网磁激励的环境下采集轨条砦可能存在的区域的空间低频磁信号；以及检测定位模块，其根据所述空间低频磁信号分析空间磁场变化规律，将出现磁异常的位置作为轨条砦的位置。

在一些示例中，对所述空间低频磁信号进行傅立叶变换与去燥处理，获得低频磁场强度的空间的分布图像，再经过对所述图像相邻数据的比较分析，判断出磁异常的位置。

在一些示例中，所述低频磁传感器安装在所述航行器艏端导流罩内。

在一些示例中，还包括导航定位模块，其被配置为通过接收卫星导航系统定位信息实时对所述航行器的位置信息进行记录，同时结合磁异常出现的位置，对轨条砦的位置进行定位。

在一些示例中，还包括探测路径规划模块，其被配置为根据探测到的低频磁场的空间分布情况，遍历粗测、精测可疑目标区域范围，实时规划探测路径。

在一些示例中，所述航行器能够将探测到的轨条砦位置信息发送到母船上的远程操控终端，并能够接收所述远程操控终端下发的控制信号，该控制信号包括调整所述航行器航行模式的信号和／或规划的探测路径信号。

在一些示例中，所述航行器的航行模式包括垂直起飞升空、垂直入水、上浮下潜、调姿、水下滑翔、水下巡航、水下近底航行、水面巡弋、垂直出水、空中飞行中的多种模式的组合。

在一些示例中，所述航行器上携带有炸药。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种利用所述的轨条砦低频无源自主探测系统对轨条砦进行探测的方法，包括：根据水下轨条砦可能存在的区域范围，设置所述航行器的航行模式、航线区域、下潜深度和探测参数；从母船上向海里投放所述航行器；所述航行器按预设的航线隐蔽潜航到达探测区域；所述航行器到达探测区域后，在空中和／或水面和／或水下航行并不断靠近水际滩头对探测区域进行探测，获取疑似轨条砦阵的空间分布和范围，并将疑似轨条砦的地理位置信息回传至远程操控终端，为对水下轨条砦可疑区域进行破障提供坐标。

在一些示例中，多个所述航行器组成编队进行分区协同探测。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的水空两栖无人航行器基于无源被动探测方法，不易被发现，探测隐蔽性好。

（2）本发明的水空两栖无人航行器可以在数十公里外利用母船投放，全程在水中隐蔽航行到破障海滩，不仅突防能力强可有效避免被对方提早发现，还保障了投放母船的安全性。

（3）本发明的轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统和方法可以根据登陆装备形态，对水陆进行大范围精准探测定位，有效提高了效费比。

（4）本发明实现了探测器水空两栖航行，且具有自主性高，适应性强，依靠外界辅助小的优点。

（5）本发明提供的水空两栖航行器，依靠其垂直起降功能进行空中飞行、水下滑翔、水中巡航和水下近水底航行等不同运动模式切换，既可实现水下长航时隐蔽潜航与探测，还可根据实际情况出水在空中实施探测。

（6）本发明提供的水空两栖航行器，摒弃了传统水下滑翔所采用的浮力调节方案，采用贯穿于两固定翼的涵道桨产生垂直于水面的动力，使航行器上升和下沉，在保留潜航器传统水下滑翔浮力调节功能的同时，简化了航行器的体积、重量和复杂度，提升了飞行和潜航能力与机动性。

（7）本发明将多旋空气桨、水桨、固定翼、涵道升潜动力桨和两栖矢量航动等动力学设计理念相结合，采用多旋翼、固定翼、涵道升潜动力桨和矢量推进等多维动力自主耦合协同控制，可使航行器运动状态控制更加灵活，具有航行器水空两栖航行灵活切换、自主性高、适应性强、依靠外界辅助小的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍。

图1是本发明一实施例提供的轨条砦低频无源探测磁场产生原理图。

图2是本发明一实施例提供的低频磁场强度与海水深度的关系示意图。

图3是本发明一实施例提供的高压输电网磁激励轨条砦无人航行器自主探测系统框图。

图4是本发明一实施例提供的高压输电网磁激励轨条砦无人航行器自主探测原理图。

图5是本发明一实施例提供的高压输电网磁激励轨条砦探测系统各部分在无人航行器设备舱中的布局示意图。

图6是本发明一实施例提供的水空两栖自主航行器空中飞行时的结构示意图。

图7是本发明一实施例提供的水空两栖自主航行器水下潜航时的结构示意图。

图8是本发明一实施例提供的水空两栖自主航行器水空两栖航动组件结构示意图。

图9是本发明一实施例提供的两栖矢量航动组件结构示意图。

图10是本发明一实施例提供的基于高压输电网磁激励的轨条砦探测两栖无人航行器自主航行模式示意图。

图11是本发明一实施例提供的轨条砦探测方法流程图。

图12是本发明一实施例提供的无人航行器探测路径示意图。

具体实施方式

关于轨条砦探测，由于受到海水的隐没“隐蔽”作用，采用光学或普通无线电技术探测已无能为力。根据海水对电磁信号的衰减规律，可采用低频电磁信号对金属轨条砦激励出的二次场进行探测。如果采用主动探测方法则需要探测系统主动发射激励信号，这样会增加探测系统的设计的复杂度、体积、重量、电磁兼容设计难度、成本和耗电量，而且还会暴露自己。如果采用被动探测方法，不仅经济，还可以部分克服主动探测法带来的一些问题。如何高效、准确探测和定位水下金属轨条砦目标集群，是水际反两栖登陆作战亟待解决的技术难题。

为了把火电、核电、水电、大型风电和大型太阳能电站等发电厂生产的电能输送给广大的用电消费地区，一般采用50Hz/60Hz交流750/500kV/330kV/220kV/110kV/66kV高压输电网进行远程输电。这些电网中，输电线路交变电流甚至达数千安培。根据Biot-Savart和电磁感应定律，输电线路50Hz/60Hz交变电流将在空间产生50Hz/60Hz低频交变磁场。由于该电磁场频率低，波长长，传播距离远，甚至可穿透深入海水中。当低频交变磁场处存在金属轨条砦物体时，将与水下金属轨条砦目标集群相互作用，并在轨条砦目标附近空间激励出次级50Hz/60Hz低频交变磁场，通过低频磁感应探测器采集和分析该区域的低频磁异常，可以发现金属轨条砦目标集群，并进行定位。图1展示了轨条砦低频无源探测磁场产生原理。

下面通过数学模型说明轨条砦低频无源探测系统、方法的目标磁激励源来源。根据经典电磁感应理论，广域分布式高压输电网线会在空间产生50Hz/60Hz低频电磁场，金属轨条砦目标将被激励出50Hz/60Hz次级低频磁场，使目标所在空间的磁场发生改变。当金属轨条砦目标位于海水中时，设海水磁导率和电导率分别为＝3～5 S/m和＝4𝜋 × 10⁻⁷N ∙ A⁻²，50Hz/60Hz低频电磁场在水下的趋肤深度或穿透深度为，且

由此可见，50Hz/60Hz高压输电低频电磁波有较强的穿透能力进入海水，可以透过水层到达轨条砦的深度，从而激励出携带水下金属轨条砦目标信息的50Hz/60Hz次级低频磁场，通过探测和分析该区域50Hz/60Hz磁场的异常，即可发现并定位可疑目标。图2展示了低频磁场强度与海水深度的关系。

设高压输电网传输的电流将在空间产生周期性变化的初级50Hz/60Hz交变电磁场，其中， x， y， z表示空间场点的坐标， t表示当前时刻。当存在金属轨条砦时，根据电磁感应定律，在50Hz/60Hz交变电磁场的作用下，变化的磁场会产生电场，并产生的感生电动势。在感生电动势的作用下，导体内部将产生闭合回路涡流，由于导体目标的电阻率很小，涡流常常很强，进而在空间激发次级交变磁场，由此，空间任一点总交变磁场。该场为空时四维函数，反映了在广域分布式输电网交变电流产生的磁场激励下，当存在金属轨条砦时，与空间背景场相比，目标存在区域的空间磁场在50Hz/60Hz频点上将出现异常，通过探测磁场随空间的变化，即可判断疑似轨条砦目标的存在如否，并进行定位。

水空两栖航行器是一种体积较小、成本较低的可在空中飞行或水下潜航的新型航行器，由于其具有飞行器的机动性和速度以及潜航器的隐蔽性，可在空中、水面或水下快速获取所需信息或实施高效突防打击，因此在军事方面具有重要的应用价值。与此同时，由于水空两栖航行器兼有飞行器的高效快速巡航能力和潜航器的水下作业能力，因此它在民用安防巡视、资源勘探、应急救援和工程作业等方面具有广泛的应用价值。为此，为了保证轨条砦探测的安全性、隐蔽性、高效快速性和机动性，本发明将采用一种水空两栖无人航行器（以下简称“航行器”），搭载低频磁探系统，水空两栖航行器能够在空中飞行、水下潜航、近水面巡弋、水下滑翔或水下近底航行等多种模式，并根据实际气象、海态、潮汐、水深和防卫等情况，于水下、空中、近水底或近水面对轨条砦实施灵活机动探测。

另外，为了提高水下金属轨条砦目标集群的探测效率、发现概率和定位精度，本发明将间接利用广域分布式高压输电网在空间激励的50Hz/60Hz电磁场，并基于该高压输电网50H/60Hz电流产生的低频电磁场激励水下金属轨条砦目标集群产生的低频感应磁场，通过水下无人航行器搭载多分量磁探感知目标激励的低频感应磁场，进而实现对水下金属轨条砦目标集群的探测。

图3、图4分别示出了一种轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统框图及原理图。如图3、图4所示，探测系统配置在水空两栖无人航行器上。探测系统包括对可疑轨条砦探测、目标判断与定位的轨条砦低频磁探模块。轨条砦低频磁探模块包括低频磁感模块、数据采集模块和检测定位模块。

低频磁感模块感知外界低频磁信号。低频磁感模块包括三分量低频磁传感器，安装在无人航行器艏端椭球形导流罩内，随着无人航行器航行，在运动中进行动态感知和低噪放大探头附近、和三个方向的磁场。

数据采集模块采用高速A/D设计，用于采集三分量低频磁传感器探头感知的磁信号，实现数模变换。

检测定位模块分析空间磁场变化规律，判断可疑轨条砦有无和空间分布范围。检测定位模块可采用以软件开发的现场可编程逻辑门阵列（FPGA）+数字信号处理器（DSP）架构进行设计，用于对三分量低频磁传感器探头采集的空间磁信号进行Fourier变换与去燥处理，获得低频磁场强度的空间的分布，再经过对相邻数据的进行相关分析，判断是否存在磁异常，同时对空间数据进行矢量关联与分析，判断疑似目标有无和所在位置。

疑似目标判定和定位的基本步骤是：

第一步，通过磁探测器获取探测区域的磁场空间分布图像；

第二步，对空间分布图像，进行均值滤波，得到平滑厚的空间分布图像；

第三步，对以上处理得到的低频磁场异常图像计算局部方差，以尺度来遍历，得到范围内不的局部方差为，由此得到水中可疑目标的位置为。即通过检测和识别图像上灰度值的异常，判断可疑轨条砦目标的存在和位置。 1和 w分别表示空间取样的长度和宽度。表示目标空间位置的估计值。

需要说明的是，上述具有轨条砦低频磁探模块的探测系统可以单独生产、销售，即该探测系统可以作为独立的系统布置在现有的水空两栖无人航行器上。

此外，所述的探测系统还包括探测路径规划模块，探测路径规划模块根据探测到的低频磁场的空间分布情况，遍历粗测、精测可疑目标区域范围，实时规划探测路径，控制航行器探测路径。

所述的探测系统还包括导航定位模块，导航定位模块实现水空两栖无人航行器的自主智能导航定位，结合地理信息系统（GIS）以及50Hz/60Hz磁异常出现的位置，对可疑轨条砦目标进行定位显示。

航行器基于母船搭载，并于远离可疑轨条砦区域进行安全隐蔽投放，同时通过母船远程操控终端实时掌握航行器工作状态。无线通信模块建立母船远程操控终端与航行器探测系统之间的通信联系，并将目标探测信息实时发送给远程操控终端，便于相关人员实时掌握登陆区域轨条砦分布情况。

所述的探测系统还包括能源供给管理模块，能源供给管理模块对航行器、无线通信模块、定位导航模块、轨条砦低频磁探模块和无线通信模块提供能源，并优化分配能源供给方案。能源供给管理模块采用高能电锂电池组，为了节能能源，增加续航时间，根据探测和各模块任务工作情况，对电池能源进行实时调整和最优动态分配。

所述的探测系统还包括探测系统综合管理控制中心，探测系统综合管理控制中心可基于FPGA+可编程逻辑控制器（PLC）设计，用于协调航行器、定位导航模块、轨条砦低频磁探模块、探测路径规划模块、无线通信模块和能源供给管理模块等各分系统协调工作。所述的探测系统各部分在航行器设备舱中的布局参见图5。

图6、图7示出了一种水空两栖无人航行器。航行器尽量采用无磁“三防”轻质材料制作。如图6、图7，航行器包括机体10，机体10包括设备舱11和航动系统。设备舱11为空心封闭耐压圆柱体容物状，艏端封盖13为椭球形兼做导流罩，艉端14连接两栖矢量航动组件19，内部空间用于装载轨条砦低频磁探模块、定位导航模块、无线通信模块、探测系统综合管理控制中心、能源供给管理模块和航行器的控制系统。

航动系统为水空两栖无人航行器提供多模式航行动力。航动系统包括固定翼16、涵道升潜动力桨17、水空两栖航动组件18和两栖矢量航动组件19。

两个固定翼16分别对称垂直于安装在圆柱形设备舱11上。

两个涵道升潜动力桨17分别置于贯穿于两固定翼16、且呈圆形的孔洞20内。涵道升潜动力桨17采用防水无刷电机驱动以产生垂直于固定翼16的动力，控制航行器迅速上浮或下潜。

多个水空两栖航动组件18组沿圆柱形设备舱11周向方向均匀对称分布，并通过转轴连接杆12垂直安装在圆柱形设备舱11上。在一种实施方式中，采用四个水空两栖航动组件18。

如图8，每个水空两栖航动组件18包括安装无刷驱动电机的轮毂定子21、整流导管定子22、轮毂转子23、水下螺旋桨24、整流导管转子、空气螺旋桨叶片26、整流帽罩27以及定子支撑架28等。轮毂定子21外侧通过定子支撑架28与整流导管定子22相连，整流导管定子22与转轴连接杆12连接，轮毂定子21两端分别与轮毂转子23和水下螺旋桨24转动连接，轮毂转子23外侧通过转子支撑架与整流导管转子连接，整流导管转子上连接空气螺旋桨叶片26，轮毂转子23还与整流帽罩27相连接。空气螺旋桨采用自折叠桨，自折叠桨包含桨毂与空气桨，空气桨安装在桨毂上，空气桨的叶片具有有张开与收缩两种模式，并在航行器的控制系统控制下能够灵活切换。自折叠桨的驱动电机采用防水无刷电机，带动桨毂高速旋转。自折叠桨采用现有技术，其更加详细的构造在本申请中不再赘述。

如图9，两栖矢量航动组件19包括矢量动力传动装置29、水桨30和空气桨31，安装在圆柱形设备舱11艉端，用于灵活快速控制和修正航行器在空中和水下的运动姿态。矢量动力传动装置29为现有技术，本发明不再对其进行详细介绍。

航行器的控制系统包含深度计、超声仪和航行模式切换与驱动控制模块。深度计探测航行器潜水深度，为潜水探测模式提供深度信息。超声仪探测航行器离海底或水面的高度，为控制航行器航行模式切换提供基础数据，比如为浅海近底探测模式与水面探测模式以及安全自主避障航行提供控制信息。航行模式切换与驱动控制模块控制航行器的航行和探测模式。

航行器航行模式包括垂直起飞升空、垂直入水、上浮下潜、调姿、水下滑翔、水下巡航、水下近底航行、水面巡弋、垂直出水、空中飞行中的多种模式的组合。下面详细说明每种航行模式的控制方法。

（1）垂直起飞升空的控制方法：在探测系统综合管理控制中心指令下，水空两栖航动组件18的自折叠空气螺旋桨叶片26展开并高速旋转，并在矢量航动组件19空气桨31推力协同作用，航行器从母船或水面垂直起飞升空。

（2）降落的控制方法：通过控制防水无刷电机产生转速差，从而使四个自折叠空气螺旋桨叶片26产生合力，形成使机体由水平转为竖直的俯仰力矩，使机身逐渐竖直，导致航行器的前向运动推力逐渐减小，在阻力的作用下，速度逐渐降低，最终导致固定翼16产生的升力下降。与此同时，通过不断调整防水无刷驱动电机的转速，修正四个自折叠空气螺旋桨叶片26提供的升力，使其竖直方向的分力不断增加，以同步克服固定翼16因降低速度损失的升力，以达到平衡重力的目的。待航行器在空中悬停稳定后，航行器控制器指挥各自折叠空气螺旋桨叶片26降低转速，减小升力，使航行器下降。当到达水面后，自折叠空气螺旋桨叶片26折叠，航行器进入垂直入水姿态。

（3）入水的控制方法：航行器飞行到近水面，通过转轴连接杆12带动水空两栖航动组件18转动到竖直向上状态，以提供向上的推力，在此状态使航行器平稳降落于水面；然后驱动转轴连接杆12带动自折叠空气螺旋桨叶片26收缩至整流导管转子和整流导管定子22表面，此时整流导管转子和其上的自折叠空气螺旋桨叶片26不再转动，位于轮毂定子21内的防水无刷驱动电机驱动水下螺旋桨24反转，同时两个涵道升潜动力桨17反转，在两者共同作用下，使航行器快速进入潜水状态。

（4）水下滑翔的控制方法：在航行器稳定降落水面上后，关闭防水无刷电机，自折叠空气螺旋桨叶片26沿机身轴线方向向下收拢，以减小在水中运动的阻力；之后，在两个涵道升潜动力桨17的协同作用下，实现航行器向上力的调节；再在两栖矢量航动组件19作用下，产生一个机艉的俯仰力矩，使得机身产生与滑翔机上浮运动相应的纵向倾角，而两栖矢量航动组件19和两个涵道升潜动力桨17使得机体在下沉的同时，合力向后移，产生一个机艏倾斜的俯仰力矩，使得机身产生与滑翔机下潜运动相应的纵向倾角；最终，航行器产生锯齿状态的水下滑翔运动。

（5）水下航行的控制方法：待航行器进入水下一定深度后，通过转轴连接杆12带动水空两栖航动组件18旋转至水平状态，位于轮毂定子21内的防水无刷驱动电机驱动水下螺旋桨24正转，产生向后的推力，使航行器克服水的阻力向前航行，通过调节两个涵道升潜动力桨17和矢量航动组件19水桨30的转速产生相应的负浮力，确保航行器在水下航行时不上浮。

（6）水下近底航行的控制方法：当超声等传感器发现航行器离海底达到危险警戒高度时，两个涵道升潜动力桨17和矢量航动组件19迅速协同产生相应的力，抬升航行器离海底高度，保证航行器离海底安全高度巡航。

（7）出水垂直升空的控制方法：首先，航行器探测系统综合管理控制中心发出指令，在机体本身浮力、四个水空两栖航动组件18水桨24、两个涵道升潜动力桨17和两栖矢量航动组件19水桨30协同作用下，使机体向上合力增加。待机体向上合力超过自身重力后，航行器开始上浮，直至机体浮出水面。与此同时，机体姿态也在不断发生改变，机艏不断抬高，机身逐渐接近并达到竖直状态，为机体垂直出水做好准备。当航行器到达水面后，四个水空两栖航动组件18防水无刷电机高速旋转，自折叠空气螺旋桨叶片26在防水无刷电机驱动下旋转，自折叠空气螺旋桨叶片26在离心力和自身运动产生的升力作用下甩开升起，直至变成张开状态，此时水下螺旋桨24停止转动，整流导管转子和其上的自折叠空气螺旋桨叶片26开始转动，并稳定地为航行器的垂直起降和水平飞行提供所需的动力。当自折叠空气螺旋桨叶片26提供的升力进一步增大至克服机体重力和外部流场阻力后，航行器即实现垂直升空。

（8）空中和近水面飞行的控制方法：待航行器出水垂直升空上升到一定高度后，通过转轴连接杆12带动水空两栖航动组件18旋转至水平状态，自折叠空气螺旋桨叶片26展开，轮毂定子12内的防水无刷电机带动轮毂转子23转动，轮毂转子23带动整流导管转子和其上的自折叠空气螺旋桨叶片26转动，且此时水下螺旋桨24不动，自折叠空气螺旋桨叶片26转动产生的推力可克服航行器飞行过程的空气阻力，固定翼16产生的升力可以克服航行器自身重力。在飞行过程中，对四个自折叠空气螺旋桨叶片26转速差进行控制，使每个自折叠空气螺旋桨叶片26产生不同的拉力，最终产生使机体发生倾斜的俯仰力矩，机身不断倾斜。由于自折叠空气螺旋桨叶片26产生的拉力始终指向机首方向，因此在机体发生倾斜的同时，航行器同时向前加速飞行。随着水平速度的增加，固定翼16气动力学效应逐渐增加，其提供的升力逐渐加大。该升力弥补了四个自折叠空气螺旋桨叶片26的拉力因逐渐指水平方向而损失的垂直拉力，起到了平衡机身重力的作用。最终，航行器稳定在固定翼平飞模式。

另一方面，两栖矢量航动组件19的空气螺旋桨31亦产生一定推力，以提高航行器空中飞行速度。

（9）飞行姿态改变的控制方法：通过航行器的控制器协同控制多个防水无刷电机的电流，使各自折叠空气螺旋桨叶片26之间产生转速差，同时在两个涵道升潜动力桨17和矢量航动组件19协同作用下，改变航行器飞行姿态。

本发明的轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统，根据实际气象、海态、潮汐、水深和防卫等情况，能够以空中巡航探测模式、水下潜航探测模式、近水面巡弋探测模式、水下近底航行探测模式或水下滑翔探测模式等对登陆区域的轨条砦进行探测。当风浪小、退潮期、水浅，且防卫薄弱时，可采用空中巡航或近水面巡弋等探测模式。当风浪大、涨潮期或水深或防卫强时，可采用水下潜航探测、水下近底航行或滑翔探测模式。图10展示了航行器自主航行模式。

图11示出了一种利用前述的轨条砦水空两栖无人航行器低频无源自主探测系统对轨条砦进行探测的方法流程图。该方法主要包括以下几个方面：第1步：根据水下轨条砦可能存在的区域范围，设置航行器的航行模式、航线区域、下潜深度和探测参数；第2步：从母船上向海里投放航行器；第3步：航行器按预设的航线隐蔽潜航到达探测区域；第4步：航行器到达探测区域后，在相应环境下（空中、水面、水下）航行并不断靠近水际滩头对探测区域按图12所示的“己”字形进行往复探测，一旦发现可疑目标，航行器的探测系统经过粗测、精测等过程，通过分析比较各观测点异常信号的强度，来推测疑似轨条砦阵的空间分布和范围，并将疑似水下轨条砦的地理位置信息回传至远程操控终端，为对水下轨条砦可疑区域进行破障提供坐标；

第5步：探测完毕，航行器返航至母船或安全位置或原地待命。

此外，可以将多个配置有探测系统的航行器组成编队进行分区协同探测，以提高探测效率。

此外，航行器可以携带炸药，一旦确认轨条砦位置，若干航行器分别到达不同轨条砦附近并引爆炸药，自主炸毁轨条砦。

可以看出，本发明提供的两栖无人航行器无需自带电磁发射系统，而是通过航行器多模式灵活航行，并直接利用外界广域分布式高压输电线产生的低频磁场对金属轨条砦激励的次级低频磁场实施自主隐蔽快速探测和定位，为高效、准确清除轨条砦障碍提供坐标指引。

Claims (10)

1.一种轨条砦低频无源自主探测系统，其特征在于，该探测系统配置在水空两栖无人航行器上，所述探测系统包括：

低频磁传感器，其在广域分布式高压输电网磁激励的环境下采集轨条砦可能存在的区域的空间低频磁信号；以及

检测定位模块，其根据所述空间低频磁信号分析空间磁场变化规律，将出现磁异常的位置作为轨条砦的位置。

2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，对所述空间低频磁信号进行傅立叶变换与去燥处理，获得低频磁场强度的空间的分布图像，再经过对所述图像相邻数据的比较分析，判断出磁异常的位置。

3.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述低频磁传感器安装在所述航行器艏端导流罩内。

4.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，还包括导航定位模块，其被配置为通过接收卫星导航系统定位信息实时对所述航行器的位置信息进行记录，同时结合磁异常出现的位置，对轨条砦的位置进行定位。

5.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，还包括探测路径规划模块，其被配置为根据探测到的低频磁场的空间分布情况，遍历粗测、精测可疑目标区域范围，实时规划探测路径。

6.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述航行器能够将探测到的轨条砦位置信息发送到母船上的远程操控终端，并能够接收所述远程操控终端下发的控制信号，该控制信号包括调整所述航行器航行模式的信号和／或规划的探测路径信号。

7.根据权利要求6所述的探测系统，其特征在于，所述航行器的航行模式包括垂直起飞升空、垂直入水、上浮下潜、调姿、水下滑翔、水下巡航、水下近底航行、水面巡弋、垂直出水、空中飞行中的多种模式的组合。

8.根据权利要求6所述的探测系统，其特征在于，所述航行器上携带有对轨条砦进行爆破的炸药。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的轨条砦低频无源自主探测系统对轨条砦进行探测的方法，其特征在于，包括：

根据水下轨条砦可能存在的区域范围，设置所述航行器的航行模式、航线区域和下潜深度；

从母船上向海里投放所述航行器；

所述航行器按预设的航线隐蔽潜航到达探测区域；

所述航行器到达探测区域后，在空中和／或水面和／或水下航行并不断靠近水际滩头对探测区域进行探测，获取疑似轨条砦阵的空间分布和范围，并将疑似轨条砦的地理位置信息回传至远程操控终端，为对水下轨条砦可疑区域进行破障提供坐标。

10.根据权利要求9所述的探测方法，其特征在于，多个所述航行器组成编队进行分区协同探测。

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