三轴磁场发生装置及利用该装置探测鸟类磁导航定向的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种适用于鸟类的三轴磁场发生装置及利用该装置探测鸟类磁导航定向的方法，通过多次放飞轨迹与当地磁地图地磁信息比对，预先在主控模块预先设置的磁场干扰条件，当鸽子等鸟类飞行至某一指定区域时，主控模块通过接收到的GPS信息进行判别，开启或改变三轴磁场发生器内三对线圈的电流参数，产生一定空间方向的人工磁场，干扰其感知地磁信息（误导或屏蔽），并对它飞行的轨迹进行实时记录及保存，从而实现了对追踪目标的定点开启及关闭和磁场三维方向及强度可变化的磁场干扰，记录并保存鸽子等鸟类在人工磁场干扰条件下及未干扰条件下的飞行运动轨迹信息。便于研究鸟类的磁导航行为及机制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子通讯
，具体是一种适用于鸟类的三轴磁场发生装置及利用该装置探测鸟类磁导航定向的方法。
技术介绍
科学家们通过研究发现地磁场是鸟类导航的重要影响因素，但是磁场是如何影响鸟类（尤其是在野外真实飞行条件下）定位及导航的呢？而地球的总磁场是一个矢量场，一般采用观测点直角坐标系来描述磁场的空间分布特点，其中地理北向，地理东向和垂直向下三个方向分别为X，Y，Z轴，另外还有四个主要要素即磁场总强度、水平分量、磁场偏角以及磁倾角磁倾角。模拟出真实的地磁场信息，在鸟类野外真实飞行条件下进行可控的人工磁场刺激并进行飞行轨迹信息实时跟踪保存，是一种可行的实验方案。申请号为200810239042.5的中国专利提供了一种探测动物导航定向的方法和装置，可产生强度和方向均可调的干扰磁场，记录并保存追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息。该专利的缺点在于：动物在自由运动时，其磁感受器官相对于地磁场的姿态是不定的，其对地磁场强度和方向的感受是立体的。但该干扰磁场发生器只有单轴，即只可在一个方向进行强度和方向的调节，这必然限制了磁场干扰的效果及适用场景。模拟出类似于地磁场（30~60μT）的三维磁场矢量进行鸟类飞行的磁场干扰实验研究，需要能产生三维空间磁矢量的磁场发生装置。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种适用于鸟类的三轴磁场发生装置及利用该装置探测鸟类磁导航定向的方法，实现了对追踪目标的定点开启及关闭和磁场三维方向及强度可变化的磁场干扰，便于研究鸟类的磁导航行为及机制。本专利技术提供的适用于鸟类的三轴磁场发生装置包括GPS模块、电源模块、主控模块、存储模块、强度及方向调节模块和穿戴于鸟类头部的磁场发生模块。GPS模块接受卫星定位信号，根据卫星定位信号获取目标的定位信息以及运动状态并将之传达给主控模块。GPS模块包括接收天线和GPS芯片，接收天线，用于接收所述定位卫星发送的卫星信号；GPS芯片，与接收天线连接，用于将所述接收到的卫星信号转变成符合NMEA-0813协议要求的数据格式，获取所述被追踪目标的地理位置信息以及运动信息，并将之发送给主控模块。主控模块，包括STM32F103RBT6芯片以及时钟电路，用于将所述的目标位置与接收到的当前位置信息相比较，根据所述被追踪目标的当前位置是否为所示指定磁场发生条件位置进行辨别，若是，则对磁场发生模块输送触发指令，若不是，则继续进行比较。所述的触发指令包括预先设置好的各对线圈的磁场发生强度、磁场方向以及持续时间；存储模块，将被获取到的被追踪目标的当前位置信息及运动状态进行存储，记录所述目标在真实飞行条件下为受干扰及受到干扰过程的飞行轨迹信息，所述运动轨迹最少包括所述追踪目标的地理位置、飞行速度、海拔以及记录时间。三轴磁场发生模块，用于根据所述主控模块发送的触发指令产生或中断实验所需的人工磁场，包括：三对亥姆霍兹线圈，亥姆霍兹线圈用来产生一定范围的均匀磁场，所述三轴磁场发生模块，采用三对亥姆霍兹线圈分别置于鸟类耳间轴、垂直鸟类头部以及喙部和后脑连线的垂直平面，一对线圈匝数为200匝，调节线圈内的电流参数，将所述三对线圈产生的磁场矢量，经过叠加后产生具有一定方向及强度的人工磁场在所述被追踪目标飞行过程中指定位置进行磁场刺激；或者，产生大于等于10倍地磁场的人工磁场，屏蔽鸟类对地磁场的感知在被总追踪目标飞行过程中指定位置进行磁场干扰。强度及方向调节模块，用于根据主控模块发送的触发指令，改变所述三轴磁场发生模块产生的磁场强度及方向。所述强度及方向调节模块调节三轴线圈内的电流大小及方向，当模拟地磁场时电流参数由0至8mA变化，可产生0至70μT的磁场；当产生强磁场屏蔽地磁场感知时电流参数在80mA左右，产生700μT相对10倍地磁场强度的磁场。强度及方向调节模块包括恒压源、负压发生器、双极性多通道DAC和双电源供电功率运放，其中恒压源向三对亥姆霍兹线圈提供电流；负压发生器产生负压提供给双电源供电功率运放；双极性四通道DAC，用于调控所需的电流强度及方向；双电源供电功率运放，用于满足电流强度要求。本专利技术还提供了一种利用适用于鸟类的三轴磁场发生装置探测鸟类磁导航定向的方法包括以下步骤：1）将适用于鸟类的三轴磁场发生装置穿戴于所述被追踪目标身上，多次在不启动三轴磁场发生模块刺激的情况下进行固定定点归巢放飞实验，通过存储模块记录所述被追踪目标归巢的飞行运动轨迹；2）将储存模块内的所述被追踪目标的多次放飞后飞行运动轨迹移至PC端进行轨迹分析，得出所述被追踪目标飞行运动的规律轨迹；3）将得出的所述被追踪飞行运动规律轨迹与当地磁地图进行比对，计算出实验飞行时所需所述人工磁场的磁场强度及方向；4）刺激实验环节，放飞被追踪目标，主控模块利用GPS模块获取被追踪目标当前的位置信息，启动三轴磁场发生模块；5）主控模块将获取的所述当前地理位置与所述预先规划的定点干扰位置进行比对，根据对比结果判断所述追踪目标是否位于定点干扰条件下的指定地理位置，如果是，则主控模块对三轴磁场发生装置发送触发指令，三轴磁场发生装置产生一定空间方向的人工磁场对被追踪目标进行人工磁场刺激，或者，主控模块根据定时干扰条件进行判别，当达到干扰条件时，主控模块对三轴磁场发生装置发送触发指令，从而对被追踪目标进行人工磁场刺激；6）主控模块在被追踪目标飞行过程中将获取的被追踪目标的GPS信息存储至所述存储模块中；7）放飞结束后，将存储模块内数据导出，对被追踪目标的飞行轨迹与之前的规律轨迹进行比对分析。其中，步骤3）所述的当地磁地图所含磁场信息包括磁场强度、磁偏角和磁倾角，根据触发刺激目标地理位置的地磁信息，通过所述三轴磁场发生模块产生的具有一定空间方向和强度近似于地磁场前度的人工磁场与当地地磁场矢量叠加得到所需的所属人工刺激磁场。步骤4）所述的主控模块利用GPS模块获取被追踪目标当前的位置信息过程具体为，GPS模块接收地位卫星发送的定位信号，将所述定位信号转变成符合NMEA-0813协议要求的数据格式传输给主控模块，获取所追踪目标当前的地理位置和运动状态信息。步骤5）所述的触发指令包括预先设置的各线圈磁场强度参数、方向参数持续时间。步骤6）所述的运动轨迹信息包括追踪目标的地理位置、速度、高度和记录时间。本专利技术三轴磁场发生器可以在鸟类磁感受器官周围的三维空间内产生任一方向的磁场干扰。该干扰磁场与当地地磁场的叠加可使得鸟类感受到的磁场强度和方向发生连续变化，从而为鸟类磁导航研究提供了更完善的技术手段。本专利技术提供的技术方案可通过预先查阅的放飞区域磁地图与刺激实验前正常放飞轨迹的比对分析后，确定磁场刺激指定地理位置，并在主控模块预先设置磁场干扰条件，当被追踪目标到达指定区域，三轴磁场发生器产生相应的人工磁场刺激，干扰鸟类感知地磁信息（误导或屏蔽），并对鸟类的飞行轨迹进行实时记录及保存，从而实现了对追踪目标的定点开启及关闭和磁场三维方向及强度可变化的磁场干扰，记录并保存鸟类在人工磁场干扰条件下及未干扰条件下的飞行运动轨迹信息。便于研究鸟类的磁导航行为及机制。附图说明图1为本专利技术实施例的适用于鸟类的三轴磁场发生装置穿戴于鸟类身上时的状态示意图；图2为三维建模下三对亥姆霍兹线圈与鸟的头部示意图；图3为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴磁场发生装置，包括GPS模块、电源模块、主控模块、存储模块、强度及方向调节模块和穿戴于鸟类头部的磁场发生模块，其特征在于：所述的磁场发生模块为三轴磁场发生模块，包括能产生均匀磁场的三对线圈，三对线圈轴线分别位于鸟的耳间轴、垂直鸟类头部以及喙部和后脑的连线。

【技术特征摘要】
1.一种三轴磁场发生装置，包括GPS模块、电源模块、主控模块、存储模块、强度及方向调节模块和穿戴于鸟类头部的磁场发生模块，其特征在于：所述的磁场发生模块为三轴磁场发生模块，包括能产生均匀磁场的三对线圈，三对线圈轴线分别位于鸟的耳间轴、垂直鸟类头部以及喙部和后脑的连线。2.根据权利要求1所述的三轴磁场发生装置，其特征在于：所述的线圈为亥姆霍兹线圈，每对线圈匝数为200匝。3.根据权利要求1所述的三轴磁场发生装置，其特征在于：所述的强度及方向调节模块调节三轴线圈内的电流大小及方向，当模拟地磁场时电流参数由0至8mA变化，产生0至70μT的磁场；当产生强磁场屏蔽地磁场感知时电流参数在80mA左右，产生700μT相对10倍地磁场强度的磁场。4.根据权利要求3所述的三轴磁场发生装置，其特征在于：所述的强度及方向调节模块包括恒压源、负压发生器、双极性多通道DAC和双电源供电功率运放，其中恒压源向三对亥姆霍兹线圈提供电流；负压发生器产生负压提供给双电源供电功率运放；双极性四通道DAC，用于调控所需的电流强度及方向；双电源供电功率运放，用于满足电流强度要求。5.一种利用三轴磁场发生装置探测鸟类磁导航定向的方法，其特征在于包括以下步骤：1）将三轴磁场发生装置穿戴于所述被追踪目标身上，多次在不启动三轴磁场发生模块刺激的情况下进行固定定点归巢放飞实验，通过存储模块记录所述被追踪目标归巢的飞行运动轨迹；2）将储存模块内的所述被追踪目标的多次放飞后飞行运动轨迹移至PC端进行轨迹分析，得出所述被追踪目标飞行运动的规律轨迹；3）将得出的所述被追踪飞行运动规律轨迹与当地磁地图进行比对，计算出实验飞行时所需所述人工磁场的磁场强度及方向；4）刺激实验环节，放飞被追踪目标，主控模块利用GPS模块获取被追踪目标当前的位置信息，启动三轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，刘宇旭云，李俊杰，王文波，戴振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32