[实用新型]极低频发射接收系统、极低频发射机和极低频接收机

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子信息技术领域，特别涉及一种极低频发射接收系统、极低频发射机和极低频接收机，更具体地，涉及一种用于管道移动机器人示踪定位的系统及装置。 

背景技术

极低频信号是指频率在3Hz～30Hz范围内的信号，由于其对金属、海水、土层等介质具有良好的穿透性而得到了广泛的应用。例如，近几年来，基于极低频磁场信号的管道移动机器人示踪定位方法就在管道缺陷无损检测等领域得到了广泛的应用。目前，基于极低频磁场信号的管道移动机器人示踪定位系统包括信号发射机与信号接收机两部分。管道内的机器人不断地以2米/秒～8米/秒的速度移动，装在机器人上的信号发射机不断地发射23Hz的极低频单频磁场信号。该信号可穿透金属管道和土壤层到达地面的接收机。接收机先对接收到的微弱信号进行选频放大并滤除带外噪声，然后根据放大滤波之后的信号进行检测判决，给出判决结果。如果接收机检测到发射机发出的23Hz极低频单频磁场信号，则记录当前时间为管道机器人通过其下方的时间，从而实现管道移动机器人的示踪定位。 

目前现有技术的缺点是：现有的极低频示踪定位系统的发射机主要为正弦波振荡器，其频率稳定性差、波形幅度渐入恒幅。并且，目前系统的接收机主要基于接收信号的包络进行检测，其在实际应用中，经常会出现误报与漏报，因此可靠性差且无法满足实时性要求。 

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，并且能够实现极低频微弱信号的实时准确检测。 

为达到上述目的，本实用新型一方面提出一种极低频发射机，包括：电池组；与所述电池组相连的发射线圈；分别与所述发射线圈和所述电池组相连的控制开关；和与所述控制开关相连接的控制器，所述控制器按照固定频率控制所述控制开关的开启，以产生主频为所述固定频率的极低频三角波磁场信号。 

本实用新型另一方面还提出了一种极低频接收机，包括：用于供电的电池组；用于接收空间磁场信号的第一接收线圈；与所述第一接收线圈相连接的第一放大滤波电路，用于对所述接收线圈接收的信号进行滤波和放大，得到想要的极低频信号；AD转换器，用于将所述第一放大滤波电路得到的极低频信号转换为数字信号；和与所述AD转换器相连的检测模块，用于以预设定的周期计算所述数字信号的检验统计量，并根据所述检验统计量和持续点数判断是否检测到发射机的信号。 

本实用新型再一方面还提出了一种极低频信号发射接收系统，包括上述的极低频发射机和上述的极低频接收机。其中，该系统可用于管道移动机器人的示踪定位。 

通过本实用新型实施例对发射机和接收机的改进，使得发射机能够输出主频为23Hz的极低频三角波信号，并且由于发射机的主电路为数字电路，因此波形的频率稳定性高、幅值恒定，另外由于接收机采用基于估计信号功率和观测信号功率比的新型检验统计量和配套的检测判决方法，因此本实用新型提出的接收机可对动态范围大、持续时间短、几乎被窄带噪声淹没的极低频微弱磁场信号进行实时可靠的检测。 

本实用新型实施例的极低频发射与接收装置的性能如下： 

(1)实时性：在采样率f_s＝1000Hz，数据长度N＝750，采样周期T_s＝0.75s， 在1秒左右就会给出准确的检测判决结果。 

(2)准确性：在峰值信噪比为PSNR＝3dB，发射机移动速度5m/s，数据N＝750，采样率f_s＝1000Hz，判决门限η＝0.5，持续点数M＝300的条件下，恒虚警概率为P_CFAR＝4％，检测概率达P_D＝98％。 

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。 

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1为本实用新型实施例的极低频发射机的原理图； 

图2为本实用新型实施例的极低频接收机的原理图； 

图3为噪声波形与检验统计量的计算结果； 

图4为信号叠加噪声后的波形与检验统计量计算结果； 

图5为本实用新型的接收机恒虚警概率与判决参数(门限，持续点数)的关系结果； 

图6为本实用新型的接收机检测检测概率与判决参数(门限，持续点数)的关系结果。 

具体实施方式