[發(fā)明專利]水下地磁定位導航裝置

無效

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• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN102252674A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明涉及水下地磁定位、磁通信、諧振式微磁傳感器以及地磁模型等技術領域。

背景技術

水下定位對于導航、勘探，甚至國防軍事都具重要的使用價值。目前常用的水下定位手段如GPS浮標-超聲中繼定位、GPS浮標-線纜定位、水下低頻無線定位等手段，其中較為常用的GPS浮標-超聲中繼定位技術盡管定位精度較高，但是存在著超聲信號易被發(fā)現問題的影響、難以進行潛艇定位和導航。近年來，有關水下定位導航的技術在世界各國都是研究的熱點，Smith等于2009年12月申請了在變化環(huán)境中對于一系列設備進行準確定位和跟蹤的專利(專利號：US7626545)，該系統利用一系列傳感器進行測量，利用一個處理器通過接收到的測量信息進行定位。系統依賴高頻率的處理器進行計算定位，精度較高，但需要高精度的傳感器和定位儀器，導致成本較高。還存在其發(fā)出的低頻無線信號易受干擾、產品成本高、測區(qū)范圍有限等問題。Dorrance等利用在海底設置兩套有聲應答器對船只進行定位(專利號：US4110726)，每套儀器通過對詢問信號進行聲學測距并對信號進行識別，船的通信系統接收到包含聲音傳播延遲信息后，通過數據處理系統確定相對于兩套儀器的船的位置。該套系統設計合理、定位相對準確，但是造價高昂、對環(huán)境要求較高。而本套裝置利用了環(huán)氧樹脂做儀器的外殼材料，同時應用了較為常用的電子儀器，大大降低了成本，并能較好地達到預期目標。

發(fā)明內容

針對當前水下定位技術的一些問題，我們利用地磁場進行定位導航。由于地磁場是地球的固有物理場，在任意一點都具有差異性和唯一性，因此完全可以通過對其進行測量、建模，并通過單點匹配、圖像匹配進行定位、導航。本發(fā)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(huán)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(qū)的地磁場測量，該傳感器能夠測量測區(qū)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(qū)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(huán)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(fā)射塔進行實時定位，并利用飛艇尾部攜帶的諧振式微磁傳感器進行實時測量，母艇上的電腦接受到現場磁測數據后，建立起測區(qū)曲面Spline模型，并繪制了測區(qū)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(qū)綜合實際底圖，將兩種底圖相疊加，形成了測區(qū)的綜合底圖。實際進行測區(qū)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(yōu)點匹配或最小距離匹配，通過設定一定值的容差在區(qū)域網格模型中選取最合適的匹配點，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ImagingMosaic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，并實時進行視頻輸出。

所述的低頻磁通信技術是一種簡單可行的“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(yōu)點。