基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统，包括在待探测的水下区域内等间距铺设的若干磁芯感应线圈组。其中，每个磁芯感应线圈组通过主线缆独立连接到陆地的信号处理系统，信号处理系统对采集的各感应电压信号进行处理，确定目标的位置、移动速度与磁性大小的数据信息，并据此数据信息进行提示或预警。每个磁芯感应线圈组包含若干平行且等间距铺设的磁芯线圈对，每个磁芯线圈对包含3个(Cxn，Cyn，Czn)互相垂直但不相连的细长圆柱形磁芯线圈，所有磁芯线圈对的同方向铺设磁芯线圈(Cx1～Cxn；Cy1～Cyn；Cz1～Czn)串联设置。本发明专利技术还公开了一种探测方法及磁芯线圈的应用。

Water surface / underwater target detection system based on magnetic core coil

The invention discloses a water surface / underwater target detection system based on a magnetic core coil, which comprises a plurality of magnetic core induction coil sets arranged at equal intervals in an underwater region to be detected. Among them, each core cable is connected to the induction coil group independent signal processing system of the land through the main line, a signal processing system for processing the induction voltage signal acquisition, location, movement speed and magnetic size determine the target data, and the data information for prompt or warning. Each core induction coil group contains a number of parallel and equal spacing of the magnetic core coil laying, each coil of 3 (Cxn, Cyn, Czn) perpendicular to each other but not connected to the slender cylindrical core coil, magnetic core coil laying all the same direction of the magnetic core coil (Cx1 ~ Cxn ~ Cyn ~ Cz1; Cy1; Czn set series). The invention also discloses a detecting method and the application of the magnetic core coil.

【技术实现步骤摘要】
基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统
本专利技术属于电磁感应探测
，具体涉及一种利用磁芯线圈的电磁感应探测技术实现对水面/水下移动目标的侦测。
技术介绍
目前，世界各国探测水下目标的主要手段是声纳，但是随着潜艇静音技术的提高以及小型潜航器的发展，声纳探测变得更加困难。而不论水下、还是水面目标，由于大量采用磁性材料，其磁性难以消除。在水底铺设磁芯线圈传感器，当磁性目标通过传感器附近时会扰动磁场分布，使得磁芯线圈的磁通量发生异常变化，从而在磁芯线圈上产生感应电压信号，将该信号检测出，并利用小波分析等信号处理手段将检测信号中的海洋背景干扰排除，从而达到识别磁性动目标的目的。此外，磁芯线圈还可以探测无磁目标，因为无磁目标在运动过程中必然会扰动海水，导电介质的异常扰动也必然产生磁异常信号。声纳是利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下目标测距、定位的一种技术。声纳探测存在其固有的缺点：主动式声纳往往因为容易将其本身的位置暴露给对方，而使军方采用时有所顾忌；被动式声纳只有在目标发出相对较大的噪声时，才能对其进行探测，确定声源位置，并鉴别是否为被测目标发出的。机载磁探仪可用于探测水下目标。反潜直升机在巡逻时，其尾部吊装磁探仪(一种测量磁感强度的磁强计)；发现磁力分布异常后，就近飞2条正交的航线，立刻就可以测量出潜艇的位置、深度和吨位。该技术相对于声纳具有定位精度高、不受浅海复杂环境影响等优点，但是作用距离短，一般只有几百米，对小型、弱磁目标难以探测，对磁强计的精度要求很高，无法长期、实时、隐蔽监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统，该探测系统基于法拉第电磁感应定律，通过在水底等间距铺设磁芯感应线圈，当水下移动磁性目标经过感应线圈上方或附近区域时，引起线圈内磁通量的变化，磁通的变化在感应线圈两端产生感生电动势，通过对感生电动势的分析，可以实现对水下移动目标的持续被动侦测。本专利技术的另一目的在于提供一种基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统方法，该方法能够实现对水面或水下的移动目标(包括无磁目标)实施不间断地侦测，判断目标特性，发出相应提示和预警信号。此外，本专利技术的再一目的在于提供一种磁芯线圈在水面/水下目标探测中的应用。该应用通过多个磁芯线圈在水中或水底的配合设置，实现了水面/水下目标的移动探测。本专利技术采用了如下的技术方案：一种基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统的探头部分，包括在待探测的水下区域内等间距平行铺设的若干磁芯感应线圈组。其中，每个磁芯感应线圈组通过主线缆独立连接到陆地的信号处理系统，信号处理系统对采集的各感应电压信号进行处理，确定目标的位置、移动速度与磁性大小的数据信息，并据此数据信息进行提示或预警。其中，每个磁芯感应线圈组包含若干(大于等于2)平行且等间距铺设的磁芯线圈对，每个磁芯线圈对包含3个(Cxn，Cyn，Czn)互相垂直但不相连的细长圆柱形磁芯线圈，所有磁芯线圈对的同方向铺设磁芯线圈(Cx1～Cxn；Cy1～Cyn；Cz1～Czn)串联设置，绕线方向也必须一致。其中，每个磁芯线圈组内的磁芯线圈对的铺设方向与磁芯线圈组的铺设方向一致。其中，每个磁芯线圈组内的线圈Cx1～Cxn和Cy1～Cyn均处于海底，且水平铺设，线圈Cz1～Czn竖直扎进海底，上端与水平铺设线圈所在平面齐平。其中，磁芯线圈为带坡莫合金磁芯的螺绕线圈，呈细长圆柱形。其中，磁芯线圈的长度L在400mm～2000mm取值，坡莫合金磁芯直径在10mm～80mm之间取值，且长径比L/d必须大于25，磁芯线圈绕线匝数在2000～30000之间取值。其中，水面/水下目标为移动的磁性目标或无磁目标。其中，所述水面/水下目标为潜水艇、鱼雷、无人潜航器、蛙人、大型水下动物、水面船舶等。本专利技术可用于水下目标探测、预警，尤其是低噪声、小型、无磁目标，以及港口船舶流量统计等方面。本专利技术的探测系统基于法拉第电磁感应定律，通过在水底等间距铺设磁芯感应线圈组，当水下移动磁性目标经过感应线圈上方或附近区域时，引起线圈内磁通量的变化，磁通的变化在感应线圈两端产生感生电动势，通过对感生电动势的分析，可以实现对水下移动目标的持续被动侦测。本专利技术的方法具有以下特点：1)全被动探测，隐蔽性好；2)无需消耗能源，无电力传输问题；3)系统可长期持续运行，全天候侦测，不受水纹天气影响；4)低成本，高可靠；5)磁芯线圈尺寸较小，便于水下铺设。附图说明图1为本专利技术的基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统示意图；其中，1－陆地；2－海岸；3－港口或管制水域；4－铺设于水底的磁芯线圈组；5－铺设于水底的信号传输主线缆；6－外海；7－岸上信号处理系统。图2为本专利技术中一个磁芯线圈组的结构与电连接示意图。其中，Cx1～Cxn为一个线圈组所包含的n(n大于等于2)个x方向水平磁芯线圈；Cy1～Cyn为一个线圈组所包含的n个y方向水平磁芯线圈；Cz1～Czn为一个线圈组所包含的n个z方向竖直磁芯线圈；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本专利技术的保护范围。假设一管制水域入口宽度为1.5km，最大水深为10m。现需要持续统计进出该水域运行速度大于0.8m/s，磁矩大于100A.m2的水面/水下目标的数量。为了解决该问题，参照图1和图2，在该港口5km宽入口的水底等间距铺设磁芯线圈组(图1中标示为4)。1、每个磁芯感应线圈组4通过主线缆(图1中标示为5)独立连接到陆地1的信号处理系统7，信号处理系统7对采集的各感应电压信号进行处理，识别出目标并进行统计。2、本实例只要求统计水面/水下目标的流量,对目标位置定位精度不作要求,则磁芯线圈组间距主要依据单线圈组的最大探测距离来确定，其取值范围为10m～60m。3、每个磁芯感应线圈组包含4个平行且等间距(20m～50m)铺设的磁芯线圈对，每个磁芯线圈对包含3个(Cxn，Cyn，Czn)互相垂直但不相连的细长圆柱形磁芯线圈，所有磁芯线圈对的同方向铺设磁芯线圈(Cx1～Cxn；Cy1～Cyn；Cz1～Czn)串联设置，绕线方向也必须一致。4、每个磁芯线圈组内的磁芯线圈对的铺设方向与磁芯线圈组的铺设方向一致，即图2中所示笛卡尔坐标系的x方向。5、每个磁芯线圈组内的线圈Cx1～Cxn和Cy1～Cyn均处于海底，且水平铺设，线圈Cz1～Czn竖直扎进海底，上端与水平铺设线圈所在平面齐平。6、磁芯线圈设计为带坡莫合金磁芯的螺绕线圈，呈细长圆柱形。7、磁芯线圈的长度L在1200mm～1800mm取值，坡莫合金磁芯直径在40mm～70mm之间取值，长径比L/d取为30，磁芯线圈绕线匝数在8000～15000之间取值。本专利技术所描述的方法可以通过磁通感应的方式获取被测物体的运动信息和本征信息。本专利所采用的非声探测技术，首先具有非接触的特点，该探测系统利用被测物本身的特有磁性信息以及被测物运动尾迹产生的磁性信息，不需要与被测物体接触，即可判断被测物体本征信息；其次，该探测系统无需供电，对于海底探测的一个重要问题就是能源供给，而本系统的磁通感应线圈完全不需要供电，避免本身系统的维护供给的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统，包括在待探测的水下区域内等间距平行铺设的若干磁芯感应线圈组,其中，每个磁芯感应线圈组通过主线缆独立连接到陆地的信号处理系统，信号处理系统对采集的各感应电压信号进行处理，确定目标的位置、移动速度与磁性大小的数据信息，并据此数据信息进行提示或预警。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁芯线圈的水面/水下目标的探测系统，包括在待探测的水下区域内等间距平行铺设的若干磁芯感应线圈组,其中，每个磁芯感应线圈组通过主线缆独立连接到陆地的信号处理系统，信号处理系统对采集的各感应电压信号进行处理，确定目标的位置、移动速度与磁性大小的数据信息，并据此数据信息进行提示或预警。2.根据权利要求1所述的探测系统，其中，每个磁芯感应线圈组包含若干平行且等间距铺设的磁芯线圈对，每个磁芯线圈对包含3个(Cxn，Cyn，Czn)互相垂直但不相连的细长圆柱形磁芯线圈，所有磁芯线圈对的同方向铺设磁芯线圈(Cx1～Cxn；Cy1～Cyn；Cz1～Czn)串联设置，绕线方向一致。3.根据权利要求1-2所述的探测系统的探头部分，其中，每个磁芯线圈组内的磁芯线圈对的铺设方向与磁芯线圈组的铺设方向一致。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：易忠，唐小金，孟立飞，王斌，张超，张绍华，代佳龙，刘超波，肖琦，黄魁，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11