[發(fā)明專(zhuān)利]基于磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910509541.X
• 申請(qǐng)日: 2019-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110308490B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘名尤;卞雷祥;葛闖;李佳陽(yáng);戎曉力;韓松彤;朱志偉;賈云飛;田巳睿
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/08;G01V3/38;G01C21/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發(fā)明提出了一種基于磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置及方法，該裝置包括磁傳感器陣列、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)角度采集模塊、GPS模塊、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及電源。根據(jù)磁傳感器陣列采集的磁異常目標(biāo)的磁場(chǎng)信息、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度以及磁傳感器陣列的實(shí)時(shí)地理位置，確定被測(cè)目標(biāo)的地理坐標(biāo)。本發(fā)明通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，獲取更加全面的磁異常信息，定位結(jié)果更加準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁異常目標(biāo)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

地磁場(chǎng)是地球的一個(gè)天然物理場(chǎng)，一般隨時(shí)間、空間發(fā)生有規(guī)律的緩慢變化，鐵磁性目標(biāo)在地磁場(chǎng)環(huán)境下被磁化，磁化場(chǎng)與地磁場(chǎng)相互疊加，導(dǎo)致在目標(biāo)附近區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)分布發(fā)生變化，即磁異常現(xiàn)象。埋藏在地下的鐵磁性金屬礦藏，城市地下的油氣輸送管道，戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期或軍事演習(xí)遺留的未爆彈，水下軍事裝備如潛艇、水雷等物體均含有鐵磁性部件，從而導(dǎo)致周?chē)卮艌?chǎng)的異常。磁異常目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)和采集一定區(qū)域內(nèi)的地磁場(chǎng)異常信息，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)鐵磁性目標(biāo)的探測(cè)與定位，在工程、軍事等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的磁異常探測(cè)方法要求搭載磁梯度計(jì)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、控制、軟件算法較為復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)對(duì)磁異常目標(biāo)進(jìn)行有效的探測(cè)與定位，美國(guó)巴拿馬海軍水面作戰(zhàn)中心的研究人員提出了一種用于實(shí)時(shí)定位目標(biāo)的算法——STAR(ScalarTriangular and Ranging)算法(Wiegert R,Lee K,Oeschger J.Improved magnetic STARmethods for real-time,point-by-point localization ofunexploded ordnance andburied mines[C].OCEANS 2008.IEEE,2008:1-7.)，該算法定義了磁梯度張量矩陣范數(shù)C_T用于估計(jì)目標(biāo)的位置矢量和磁矩矢量，理論上來(lái)說(shuō)，STAR算法可以實(shí)現(xiàn)磁異常目標(biāo)的單點(diǎn)定位，可不依賴(lài)于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，然而利用此算法對(duì)磁異常目標(biāo)進(jìn)行單點(diǎn)定位，獲取到的磁異常信號(hào)特征較少，無(wú)法有效地識(shí)別被測(cè)目標(biāo)的特征如形狀、大小等信息，此外由于算法本身存在誤差，定位的結(jié)果往往存在一定的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種車(chē)載式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，解決使用STAR算法進(jìn)行單點(diǎn)定位存在的磁異常信號(hào)特征信息匱乏、定位精度不高，以及傳統(tǒng)磁探方法對(duì)平臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的依賴(lài)性等問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種車(chē)載式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，包括磁傳感器陣列、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)角度采集模塊、GPS模塊、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及電源，所述磁傳感器陣列設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上繞旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心做圓周運(yùn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)角度采集模塊用于采集旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度；所述GPS模塊用于獲取磁傳感器陣列實(shí)時(shí)地理位置；所述信號(hào)采集模塊用于采集磁傳感器陣列以及光電傳感器的輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)磁傳感器陣列以及光電傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波放大，并根據(jù)濾波放大后的數(shù)據(jù)確定不同轉(zhuǎn)角下磁異常目標(biāo)的磁梯度張量，所述數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)用于根據(jù)磁梯度張量計(jì)算磁異常目標(biāo)與探測(cè)裝置的相對(duì)位置，并根據(jù)實(shí)時(shí)地理位置確定被測(cè)目標(biāo)的地理坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述磁傳感器陣列包括磁傳感器立方體框架以及設(shè)置在磁傳感器立方體框架8個(gè)頂點(diǎn)上的8個(gè)三軸矢量磁傳感器。

優(yōu)選地，所述磁傳感器立方體框架為無(wú)磁材料。

優(yōu)選地，所述信號(hào)采集模塊設(shè)置在磁傳感器陣列內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在手推車(chē)上。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的底部裝有調(diào)節(jié)螺釘。

優(yōu)選地，所述磁傳感器陣列設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一端，所述電源設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與磁傳感器陣列相對(duì)的一端，磁傳感器陣列與電源使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)保持平衡。