[發明專利]水下地磁定位導航裝置

無效

• 申請號: 201010176333.1
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN102252674A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 馮彥;韓躍;段遠征;范瀚卿;劉晨;李世倫;鄭強;余勇;郎美琴
• 申請（專利權）人: 北京國浩傳感器技術研究院(普通合伙)
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種水下地磁定位和導航裝置，該裝置由拖拽式水下飛艇、諧振式微磁傳感器、無線數傳電路板、低頻磁通信數據收發裝置、上位機、下位機軟件構成。其特征在于：本發明主要是提供一種基于水下地磁場進行定位導航的裝置。利用地磁場這一自然源進行導航，屬于被動式導航。由于是在水下進行操作，而水下環境有時會存在鐵磁干擾(如母艇、沉船等)，因此必須在特定航道上消除或盡量抑制周圍干擾，方可進行較為準確可靠的地磁定位導航。其技術方案是這樣實現的：通過一種諧振式巨磁阻抗非晶絲傳感器(組)固定在拖拽式水下飛艇的拖拽桿尾部進行測區的地磁場測量，該傳感器能夠測量測區地磁場的北向分量X，東向分量Y和垂直分量Z，其他4分量可通過轉換公式計算得到，但是考慮到水中的漂浮和指北問題，因此通過3分量計算得到總強度F，基于此進行定位，該裝置使用高精度的諧振式傳感器(組)進行測量，若進行圖像匹配，則利用4個傳感器構成2×2的陣列式傳感器組，進行小區域測量，并將實測數據通過數據線傳到母艇的電腦上，飛艇上還裝載了低頻無線數據接收裝置，考慮到可能會存在鐵磁干擾，因此包括飛艇在內的大部份材料都是用了無磁性環氧樹脂材料制成，并在飛行內各部分間用鋁合金隔板進行格擋。在終端電腦上安置了無線數據接收模塊，在飛艇航行時，利用低頻磁通信技術(LFMC)進行定位，艇內的低頻信號接收裝置和岸上的低頻信號發射塔進行實時定位，并利用飛艇尾部攜帶的磁傳感器實時測量，母艇上的電腦接受到現場磁測數據后，建立了測區曲面Spline模型，并繪制了測區地磁底圖，結合飛艇進行海底地磁圖板塊的測量和數據融合，繪制成測區綜合實際底圖，將兩種底圖相疊加，形成了測區的綜合底圖。實際進行測區定位導航時，可分為單點匹配和圖像匹配兩種方法，單點匹配也稱最優點匹配或最小距離匹配，通過設定一定值的容差在區域網格模型中選取最合適的測點，以此進行匹配；圖像匹配是利用兩種現較為成熟的匹配方法--Homography算法和Imaging?Mosaic算法完成，這兩種方法各有特點，結合在一起使用，可提高局部圖像匹配的準確度。經過算法匹配后，在飛艇上收到低頻無線電定位信號，通過VC++程序在上位機即時地繪制出飛艇在綜合底圖上的運動軌跡，并進行實時視頻輸出。

2.權利要求1所述的水下地磁定位和導航裝置儀，其特征在于：所述的低頻磁通信技術是一種簡單可行“無線”通信手段，非常適合某些近距離傳輸數據應用，具有穿透能力強，能夠有限但精確的控制距離。運用低頻設計技術，即可使用一般的運放、晶體管和其它積木塊，電路的制作和檢測也較容易。同時它還具有低功耗，低成本等優點。

3.權利要求1所述的水下地磁定位和導航裝置，其特征在于：消除或盡量抑制水下鐵磁干擾(母艇、沉船等)是為了減少對磁測數據的影響，而這些干擾主要來自于母艇發動機、艇殼和天然源(沉船、鐵磁礦等)。母艇發動機、艇殼是潛艇所攜帶鐵磁性物質，還包括內部的電子設備及電流，天然源主要來源于日間電離層、磁層及其感應層，還用洋流磁場的干擾。對于天然源的干擾，我們通過航道上多次的實驗積累數據，參考周圍地磁臺的預報、以使外部干擾達到最小。洋流磁場強度很小，可忽略不計；我們將母艇本身的鐵磁性物質可進行如消磁處理，延長拖拽光纜的長度，這樣可大幅降低母艇對磁測的影響，在操作過程中，也可通過預先測量其磁場強度，通過差分而消除，這樣可將外部干擾降到最低，大幅提高了地磁傳感器測量數據的真實有效性，從而使定位導航的精度有所提高。

4.權利要求1所述的水下地磁定位和導航裝置，其特征在于：所述的諧振式微磁傳感器是本專利的關鍵部件，其所使用的磁敏材料非晶絲是由Co基或/和Ni基或/和Fe基等材料為主添加其它一種或多種元素經特殊工藝加工而成的非晶絲，其直徑可為1～200微米，其靈敏系數高達4000。所述的非晶絲磁敏材料在成為惠斯通電橋臂前采用PDMS灌封膠、環氧樹脂灌封膠或其它相似材料進行固封，形成一種嵌入式結構。該材料根據不同測量要求，可以固封成薄膜、長方體、立方體、球體等各種形狀。該非晶絲磁敏材料可以設計成單根絲、相交的雙絲、網狀平面結構、網狀二維結構、網狀立體結構等多種結構形式。通過多種形式的組合，該非晶絲材料可以檢測拉、壓、彎、剪切、扭轉等應力變形。