一种船载电场探测定位系统及方法

1.本发明属于水下目标探测定位技术领域，尤其涉及一种船载电场探测定位系统及方法，可用于水中目标探测定位、海缆断点和水下电流泄漏点的定位。


背景技术：

2.现有技术表明水中目标电场包含着丰富的信息，通过测量水中目标的电场，结合电场的传播模型和特性，可以有效的实现对水中目标的探测、定位。电场测量及探测定位系统近年来得到了快速发展，而现有的电场探测定位系统主要为沉底静止平台或是浮标平台。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)守株待兔式的被动探测，探测区域有限；
5.(2)浮标探测随波逐流，无法控制位置姿态；
6.(3)无法探测静止不动的水中目标。
7.解决以上问题及缺陷的难度为：
8.将测量系统与快速机动平台结合，需要考虑干扰抑制和总体集成等问题。
9.解决以上问题及缺陷的意义为：
10.可大幅提升电场探测系统的机动性，提升目标探测能力。


技术实现要素：

11.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种船载电场探测定位系统及方法。
12.本发明是这样实现的，一种船载电场探测定位系统包括电场传感器、电场调理采集系统、计算机、惯导系统和玻璃钢快艇；
13.所述电场传感器固定在玻璃钢快艇底部，用于感知采集电场信号；
14.所述电场调理采集系统、惯导系统和计算机放置在玻璃钢快艇上；
15.所述电场调理采集系统的输入端与电场传感器的输出端连接，用于将电场传感器获取的电场信号，经放大滤波后转换为数字信号；
16.所述惯导系统用于记录快艇在工作过程中的惯导数据；
17.所述计算机分别与电场调理采集系统和惯导系统交互连接，用于收集电场信号和惯导数据，并对电场和轨迹数据进行分析，对水下目标进行电场探测、定位。
18.进一步，所述电场传感器采用ag/agcl电场传感器或碳纤维电场传感器。
19.多个所述ag/agcl电场传感器或碳纤维电场传感器构成两组测量节点，测量电场的两个水平分量，两组测量节点前后布置在玻璃钢快艇底部。
20.进一步，所述电场调理采集系统由前置放大滤波电路和a/d数采电路组成。
21.进一步，所述玻璃钢快艇的主体材料采用玻璃钢。
22.进一步，所述电场传感器通过水密接插件与传感器线缆相连，所述电场传感器的信号通过传感器线缆传输到玻璃钢快艇上的电场调理采集系统。
23.进一步，所述传感器线缆通过外部包敷层紧贴包敷于玻璃钢快艇表面，传感器线缆沿玻璃钢快艇纵向方向走线。
24.进一步，所述玻璃钢快艇的底部胶接有多个安装座，所述安装座外侧固定有多个用于固定电场传感器的螺杆，所述电场传感器用卡箍固定在安装座上。
25.进一步，所述螺杆外侧套设有塑料套管，所述卡箍表面套设有橡胶套。
26.进一步，所述惯导数据包括轨迹、速度和姿态信息。
27.本发明的另一目的在于提供一种船载电场探测定位方法，所述船载电场探测定位方法包括：
28.步骤一，利用固定在玻璃钢快艇底部的电场传感器感知采集电场信号，并通过传感器线缆将电场信号传输到玻璃钢快艇上的电场调理采集系统；
29.步骤二，电场调理采集系统将电场传感器获取的电场信号，经放大滤波后转换为数字信号，并将数字信号传递到计算机；
30.步骤三，惯导系统记录快艇在工作过程中的惯导数据，并将惯导数据传递到计算机；
31.步骤四，计算机收集电场信号和惯导数据，并对电场和轨迹数据进行分析，对水下目标进行电场探测、定位。
32.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
33.本发明提供了一种可以快速机动的电场测量平台，可实现水中目标电场测量、探测和定位，以及水下海缆断点和电流泄漏点的定位。电场测量传感器与玻璃钢快艇船体共形设计，在减小电场干扰的同时，大幅提升了测量系统的机动能力。
34.本发明将电场测量系统与快艇结合，实现快速电场探测定位；电场传感器与快艇的结合方式，传感器更换方便，对船体结构影响小，不影响船体的高速性能，且拆除电场测量系统后可完全恢复；电场传感器安装及走线方式，减小了金属腐蚀干扰，快艇运动是导线切割地磁场产生感应电场的干扰。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的船载电场探测定位系统的结构框图。
37.图2是本发明实施例提供的船载电场探测定位方法的流程图。
38.图3是本发明实施例提供的船底结构及安装示意图。
39.图4是本发明实施例提供的传感器实物安装效果图。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种船载电场探测定位系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
42.如图1所示，本发明实施例提供的船载电场探测定位系统包括电场传感器、电场调理采集系统、计算机、惯导系统和玻璃钢快艇。
43.电场传感器：可采用ag/agcl电场传感器或者碳纤维电场传感器，用于感知采集电场信号；
44.电场传感器由8个ag/agcl电场或碳纤维电极构成两组测量节点，每组测量节点4由个传感器构成，测量电场的两个水平分量，两组测量节点前后布置在快艇底部。
45.此处采取了冗余设计，在多数情况下采用一组测量节点，即4个电场传感器测量电场水平分量，便可满足探测和定位需要。电场调理采集系统、惯导系统和计算机则放置在艇上，传感器信号通过紧贴于艇体表面的电缆传输到艇上。
46.电场调理采集系统：由前置放大滤波电路和a/d数采电路组成，功能在于将电场传感器获取的电场信号，经放大滤波后转换为数字信号；
47.惯导系统：用于记录快艇在工作过程中的轨迹、速度和姿态等信息；
48.计算机：用于收集电场信号和惯导数据，并结合相应的功能软件，对电场和轨迹数据进行分析，对水下目标进行电场探测、定位；
49.玻璃钢快艇：主体材料采用玻璃钢，其目的在于减少自身腐蚀和防腐电流引起的电场干扰，航速可达30kn以上。
50.电场传感器的安装方式包括：
51.a.在玻璃钢快艇表面胶粘一个方形的安装座，安装座上固定有多个螺杆用于固定电场传感器，螺杆用塑料套管绝缘处理。
52.b.将电场传感器用卡箍固定在安装座上，卡箍表面采用橡胶套进行绝缘处理，电场传感器通过水密接插件与传感器线缆相连。
53.c.传感器线缆通过外部包敷层紧贴包敷于玻璃钢快艇表面，传感器线缆的走线尽量沿玻璃钢快艇纵向方向走线，由玻璃钢快艇的船尾处上拉到船内与电场调理采集系统相连。
54.如图2所示，本发明实施例提供的船载电场探测定位方法包括：
55.s101，利用固定在玻璃钢快艇底部的电场传感器感知采集电场信号，并通过传感器线缆将电场信号传输到玻璃钢快艇上的电场调理采集系统；
56.s102，电场调理采集系统将电场传感器获取的电场信号，经放大滤波后转换为数字信号，并将数字信号传递到计算机；
57.s103，惯导系统记录快艇在工作过程中的惯导数据，并将惯导数据传递到计算机；
58.s104，计算机收集电场信号和惯导数据，并对电场和轨迹数据进行分析，对水下目标进行电场探测、定位。
59.下面结合具体仿真实验数据对本发明的技术方案作进一步描述。
60.如图3船底结构及安装示意图所示，如图4传感器实物安装效果所示。
61.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
62.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。