[發明專利]一種基于ROV的磁場測量系統及方法

有效

• 申請號: 202010840110.4
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112098909B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 李樂;李林豐;劉衛東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01R33/04
• 分類號: G01R33/04;G01R33/032;G01S5/18;G01R33/10
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于ROV的磁場測量系統，其特征在于，包括ROV模塊、磁場測量模塊、聲學定位模塊、測量桿、固定框架和固定支架；

所述磁場測量模塊包括數據采集器密封艙、磁通門傳感器密封艙、銫光泵探頭密封艙；所述銫光泵探頭密封艙通過第一卡箍固定在所述測量桿的一端，銫光泵探頭密封艙內密封有銫光泵探頭；所述磁通門傳感器密封艙通過第二卡箍固定在測量桿的中部，磁通門傳感器密封艙內密封有磁通門傳感器；所述數據采集器密封艙位于所述ROV模塊的上方，數據采集器密封艙通過第三卡箍與ROV模塊固定在一起，數據采集器密封艙內密封有數據采集器，所述數據采集器存儲磁場測量模塊測量的磁場數據；

所述固定框架通過第四卡箍固定在測量桿的另一端；所述固定支架的下端與固定框架固定連接，固定支架上端與第三卡箍固定連接；ROV模塊和數據采集器密封艙位于固定框架的上方，數據采集器密封艙、ROV模塊和固定框架組成上、中、下三層架構；

所述聲學定位模塊包含聲學鳥B，所述聲學鳥B位于ROV模塊的下方，通過第四卡箍與固定框架固定連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于ROV的磁場測量系統，其特征在于，所述磁通門傳感器和所述銫光泵探頭同時對磁場進行測量，將測量數據通過數據融合算法處理降低ROV模塊對磁場測量結果的影響，提高艦船磁場測量精度。

3.根據權利要求1所述的一種基于ROV的磁場測量系統，所述聲學定位模塊還包括聲學鳥A、聲學鳥C和聲學鳥定位裝置；聲學鳥定位裝置放置在水面之上，聲學鳥A、聲學鳥B和聲學鳥C位于聲學鳥定位裝置下方，在水下同一深度呈三角形排列；聲學鳥定位裝置控制三個聲學鳥發射和接收指定頻段的聲波；

聲學鳥A、聲學鳥B和聲學鳥C與聲學鳥定位裝置通過線纜連接；

聲學鳥A和聲學鳥C在水下位置固定，聲學鳥B由ROV模塊帶動在水下三個聲學鳥所在平面內移動，三個聲學鳥在水下深度相同；三個聲學鳥進行相互聲學測距，對ROV模塊定位。

4.一種應用于如權利要求1所述的磁場測量系統的多點水下聲學定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：搭建能對外發射磁場信號的水上平臺，將聲學鳥定位裝置放置在水上平臺；

步驟2：將聲學鳥A和聲學鳥C放置于水下固定位置；聲學鳥A、聲學鳥C和聲學鳥B在水下同一深度組成三角形的三個頂點；

步驟3：在聲學鳥A、聲學鳥C和聲學鳥B所在的三角形平面構建平面直角坐標系，設定聲學鳥A和聲學鳥C的坐標分別固定為(X_A,Y_A)和(X_C,Y_C)；聲學鳥B的坐標為(X_B,Y_B)，聲學鳥B由ROV模塊帶動在水下三個聲學鳥所在平面內移動；

步驟4：在t＝t₀時刻，聲學鳥A、聲學鳥B和聲學鳥C受聲學鳥定位裝置控制同時發射短時寬聲波，其中聲學鳥A發射a頻段聲波，聲學鳥B發射b頻段聲波，聲學鳥C發射c頻段聲波；在t₀后的t_ba時刻和t_ca時刻，聲學鳥B和聲學鳥C分別接收到聲學鳥A發來的a頻段聲波；在t₀后的t_ab時刻和t_cb時刻，聲學鳥A和聲學鳥C分別接收到聲學鳥B發來的b頻段聲波；在t₀后的t_ac時刻和t_bc時刻，聲學鳥A和聲學鳥B分別接收到聲學鳥C發來的c頻段聲波；

步驟5：設聲波在水中的傳播速度為定值v，聲學鳥A與聲學鳥B之間的距離R_AB通過下面公式計算：

L_AB＝v(t_ab-t₀)?????????????????????????????????????????????????????(1)

L_BA＝v(t_ba-t₀)?????????????????????????????????????????????????????(2)

聲學鳥A與聲學鳥C之間的距離R_AC通過下面公式計算：

L_AC＝v(t_ac-t₀)?????????????????????????????????????????????????????(4)

L_CA＝v(t_ca-t₀)?????????????????????????????????????????????????????(5)

聲學鳥B與聲學鳥C之間的距離R_BC通過下面公式計算：

L_BC＝v(t_bc-t₀)??????????????????????????????????????????????????????(7)

L_CB＝v(t_cb-t₀)?????????????????????????????????????????????????????(8)

步驟6：聲學鳥B的坐標(X_B,Y_B)求解下式計算：

由此得到ROV模塊的坐標位置，通過操縱ROV模塊在水下指定平面進行點陣列式測量，能夠獲得水上平臺在水下指定深度的平面陣列式磁場信息；

步驟7：調整聲學鳥A、聲學鳥B和聲學鳥C在水下的深度，能夠獲得水上平臺在水下不同深度的平面陣列式磁場信息。

5.根據權利要求4所述的一種多點水下聲學定位方法，其特征在于，步驟2中將聲學鳥A和聲學鳥C在水下放置于水上平臺同一側的固定位置。