[发明专利]水下地磁定位导航装置

权利要求书

1.一种水下地磁定位和导航装置，该装置由拖拽式水下飞艇、谐振式微磁传感器、无线数传电路板、低频磁通信数据收发装置、上位机、下位机软件构成。其特征在于：本发明主要是提供一种基于水下地磁场进行定位导航的装置。利用地磁场这一自然源进行导航，属于被动式导航。由于是在水下进行操作，而水下环境有时会存在铁磁干扰(如母艇、沉船等)，因此必须在特定航道上消除或尽量抑制周围干扰，方可进行较为准确可靠的地磁定位导航。其技术方案是这样实现的：通过一种谐振式巨磁阻抗非晶丝传感器(组)固定在拖拽式水下飞艇的拖拽杆尾部进行测区的地磁场测量，该传感器能够测量测区地磁场的北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z，其他4分量可通过转换公式计算得到，但是考虑到水中的漂浮和指北问题，因此通过3分量计算得到总强度F，基于此进行定位，该装置使用高精度的谐振式传感器(组)进行测量，若进行图像匹配，则利用4个传感器构成2×2的阵列式传感器组，进行小区域测量，并将实测数据通过数据线传到母艇的电脑上，飞艇上还装载了低频无线数据接收装置，考虑到可能会存在铁磁干扰，因此包括飞艇在内的大部份材料都是用了无磁性环氧树脂材料制成，并在飞行内各部分间用铝合金隔板进行格挡。在终端电脑上安置了无线数据接收模块，在飞艇航行时，利用低频磁通信技术(LFMC)进行定位，艇内的低频信号接收装置和岸上的低频信号发射塔进行实时定位，并利用飞艇尾部携带的磁传感器实时测量，母艇上的电脑接受到现场磁测数据后，建立了测区曲面Spline模型，并绘制了测区地磁底图，结合飞艇进行海底地磁图板块的测量和数据融合，绘制成测区综合实际底图，将两种底图相叠加，形成了测区的综合底图。实际进行测区定位导航时，可分为单点匹配和图像匹配两种方法，单点匹配也称最优点匹配或最小距离匹配，通过设定一定值的容差在区域网格模型中选取最合适的测点，以此进行匹配；图像匹配是利用两种现较为成熟的匹配方法--Homography算法和Imaging Mosaic算法完成，这两种方法各有特点，结合在一起使用，可提高局部图像匹配的准确度。经过算法匹配后，在飞艇上收到低频无线电定位信号，通过VC++程序在上位机即时地绘制出飞艇在综合底图上的运动轨迹，并进行实时视频输出。

2.权利要求1所述的水下地磁定位和导航装置仪，其特征在于：所述的低频磁通信技术是一种简单可行“无线”通信手段，非常适合某些近距离传输数据应用，具有穿透能力强，能够有限但精确的控制距离。运用低频设计技术，即可使用一般的运放、晶体管和其它积木块，电路的制作和检测也较容易。同时它还具有低功耗，低成本等优点。

3.权利要求1所述的水下地磁定位和导航装置，其特征在于：消除或尽量抑制水下铁磁干扰(母艇、沉船等)是为了减少对磁测数据的影响，而这些干扰主要来自于母艇发动机、艇壳和天然源(沉船、铁磁矿等)。母艇发动机、艇壳是潜艇所携带铁磁性物质，还包括内部的电子设备及电流，天然源主要来源于日间电离层、磁层及其感应层，还用洋流磁场的干扰。对于天然源的干扰，我们通过航道上多次的实验积累数据，参考周围地磁台的预报、以使外部干扰达到最小。洋流磁场强度很小，可忽略不计；我们将母艇本身的铁磁性物质可进行如消磁处理，延长拖拽光缆的长度，这样可大幅降低母艇对磁测的影响，在操作过程中，也可通过预先测量其磁场强度，通过差分而消除，这样可将外部干扰降到最低，大幅提高了地磁传感器测量数据的真实有效性，从而使定位导航的精度有所提高。

4.权利要求1所述的水下地磁定位和导航装置，其特征在于：所述的谐振式微磁传感器是本专利的关键部件，其所使用的磁敏材料非晶丝是由Co基或/和Ni基或/和Fe基等材料为主添加其它一种或多种元素经特殊工艺加工而成的非晶丝，其直径可为1～200微米，其灵敏系数高达4000。所述的非晶丝磁敏材料在成为惠斯通电桥臂前采用PDMS灌封胶、环氧树脂灌封胶或其它相似材料进行固封，形成一种嵌入式结构。该材料根据不同测量要求，可以固封成薄膜、长方体、立方体、球体等各种形状。该非晶丝磁敏材料可以设计成单根丝、相交的双丝、网状平面结构、网状二维结构、网状立体结构等多种结构形式。通过多种形式的组合，该非晶丝材料可以检测拉、压、弯、剪切、扭转等应力变形。