申请/专利权人：国网福建省电力有限公司莆田供电公司;国网福建省电力有限公司;福州大学

申请日：2021-08-18

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN113589390B

主分类号：G01V3/10

分类号：G01V3/10;G01V3/38;G01B7/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2021.11.19#实质审查的生效;2021.11.02#公开

摘要：本发明涉及一种基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，该坐标定位方法使用水下机器人作为平台，水下机器人底部设置有水平的履带，水下机器人上设置有两三轴磁传感器，两三轴磁传感器分别为线圈传感器和磁通门传感器；两三轴传感器的Y轴均指向水下机器人的前进方向，前进方向由履带确定；两三轴传感器的Z轴均垂直于履带；水下机器人上设置有陀螺仪，陀螺仪用于采集水下机器人的姿态信息，并根据姿态信息修正两三轴传感器的数据至标准值；本发明将海缆产生的磁信号根据传感器的接收划分成三个区域，在每个区域中执行相应的策略，使传感器最终靠近海缆，获取海缆坐标。

主权项：1.一种基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，该坐标定位方法使用水下机器人作为平台，所述水下机器人底部设置有水平的履带，所述水下机器人上设置有两个三轴磁传感器，其特征在于，两所述三轴磁传感器分别为线圈传感器和磁通门传感器，所述线圈传感器灵敏度高于所述磁通门传感器，所述磁通门传感器量程大于所述线圈传感器；两所述三轴传感器的Y轴均指向所述水下机器人的前进方向，所述前进方向由所述履带确定；两所述三轴传感器的Z轴均垂直于所述履带；所述水下机器人上设置有陀螺仪，所述陀螺仪用于采集所述水下机器人的姿态信息，并根据所述姿态信息修正两所述三轴传感器的数据至标准值；根据以下步骤获取海缆路由坐标：所述线圈传感器和所述磁通门传感器采集的信号存在固定换算关系；设置阈值β，当所述线圈传感器采集的信号强度低于β时，通过所述线圈传感器采集的信号换算得到当前位置磁通门传感器的预期信号，并根据该预期信号修正所述磁通门传感器采集的信号；当所述线圈传感器采集的信号强度高于β时，通过所述磁通门传感器采集的信号换算得到当前位置线圈传感器的预期信号，并根据该预期信号修正所述线圈传感器采集的信号；在目标海域下放所述水下机器人，通过所述线圈传感器和所述磁通门传感器采集海缆产生的磁信号；根据所述磁信号计算所述水下机器人与海缆的位置关系；根据所述磁信号判断所述水下机器人所属区域，在当前区域按照磁信号的变化规划所述水下机器人的移动路径，并根据所述移动路径移动所述水下机器人，直至靠近海缆；通过所述水下机器人的坐标和所述水下机器人与海缆的位置关系计算得到海缆坐标；所述线圈传感器和所述磁通门传感器分别设置在所述水下机器人的前侧和后侧，并通过支架与所述水下机器人连接；对两所述三轴传感器采集到的磁信号进行傅里叶变换，得到与海缆工频同频信号的幅值，将该幅值作为用于计算所述水下机器人与海缆的位置关系和规划所述水下机器人移动路径的磁信号；当所述水下机器人位于无信号区时，进行无信号区探测，通过所述无信号区探测使所述水下机器人进入弱信号区；无信号区为所述线圈传感器无法采集或仅在部分轴上能够采集到有效的磁信号的区域；弱信号区为所述线圈传感器各轴均可采集到有效的磁信号，且所述磁通门传感器无法采集或仅在部分轴上能够采集到有效的磁信号的区域；所述无信号区探测包括以下步骤：令所述水下机器人下降至特定高度，通过所述线圈传感器的三轴采集海缆产生的磁信号εx、εy和εz，得到磁信号的水平分量设置阈值εp0和εz0，判断水平分量εp、垂直分量εz与阈值εp0、εz0的关系，根据判断结果执行以下操作：P1，若εz＜εz0，则令所述水下机器人下降，直至εz＞εz0后，若εp＞εp0，则执行P3，若εp＜εp0，则执行P2，若直至所述水下机器人下降至海底，仍不满足εz＞εz0，则收回所述水下机器人，调整下放位置，重新下放；P2，若εp＜εp0，且εz＞εz0，则设定两条相互垂直的水平的搜索路径，令所述水下机器人沿两所述搜索路径移动，直至εp＞εp0后，执行P3；P3，若εp＞εp0，且εz＞εz0，则认为所述水下机器人进入弱信号区；当所述水下机器人位于弱信号区时，进行弱信号区探测，通过所述弱信号区探测使所述水下机器人进入强信号区；强信号区为所述线圈传感器和所述磁通门传感器各轴均能采集到有效磁信号的区域；所述弱信号区探测包括以下步骤：令所述水下机器人降至海底；通过所述线圈传感器的X轴和Y轴采集海缆产生的磁信号ε1x和ε1y，并计算所述线圈传感器Y轴与海缆路由的夹角θy，公式如下： 根据所述夹角θy调整所述水下机器人的前进方向至垂直于海缆路由；令所述水下机器人通过所述履带移动；移动过程中对所述线圈传感器采集到的磁信号进行监测，若移动过程中磁信号变弱，则旋转所述水下机器人的前进方向180°，并令所述水下机器人通过所述履带移动，若移动过程中磁信号未变弱，则继续通过所述履带移动；直至所述磁通门传感器各轴均采集到有效的磁信号，认为所述水下机器人进入强信号区；当所述水下机器人位于强信号区时，进行强信号区探测，所述强信号区探测包括以下步骤：通过所述线圈传感器的三轴采集海缆产生的磁信号ε2x、ε2y、ε2z，通过所述磁通门传感器的三轴采集海缆产生的磁信号ε'2x、ε'2y和ε'2z；得到所述线圈传感器、所述磁通门传感器与海缆路由的俯角的正切值，如下： 其中，若则执行第一相对距离算法，否则，则执行第二相对距离算法；第一相对距离算法： 其中，P、H分别为所述线圈传感器与海缆路由的水平距离、垂直距离；L为所述线圈传感器与所述磁通门传感器之间的距离；θ2y为所述线圈传感器Y轴与海缆路由的夹角；第二相对距离算法：获取所述磁线圈传感器和所述磁通门传感器的在垂直方向上的高度差dh和水平方向上的距离差dp，如下：dh＝Lsinθ2ysinλ2，dp＝Lsinθ2ycosλ2，其中，λ2为所述水下机器人与水平面的夹角，由所述陀螺仪采集；得到如下结果： 所述强信号区探测还包括：通过定位技术获取当前所述水下机器人的经纬度坐标W0,J0；根据所述强信号区探测获得的数据和所述水下机器人的经纬度坐标W0,J0，计算海缆路由在探测点k处的经纬度坐标Wk,Jk，公式如下：Wk＝arcsinsinW0cosPkR+cosW0sinPkRcosθ2y， 其中，Pk为所述水下机器人与海缆路由在探测点k处的水平距离，通过所述线圈传感器与探测点k处的水平距离换算得到，R为地球半径。

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