一种海洋电气间漏磁检测定位方法技术

本发明专利技术公开了一种新的电磁泄漏检测方法，包括以下步骤：通过天线进行数据采样；将采样的数据在进行二次采样；将二次采样数据构造成数据矢量；计算构造数据矢量的协方差

【技术实现步骤摘要】
一种海洋电气间漏磁检测定位方法
本专利技术属于海洋工程领域，尤其是涉及一种海洋电气间漏磁定位检测方法。
技术介绍
近年来，海洋石油开采量逐年增大，大型油气模块的制造需求也越来越多，电磁泄露的危害可以说是非常重大的，尤其在海洋平台上电磁干扰对于海洋平台控制精度的影响可能会造成巨大损失。目前海上电气间漏磁检测多采用矩阵天线法，即在海洋甲板上安装多台信号采集天线，在固定点采集漏磁信号。该方法布置天线矩阵占地大，阵元间距固定，而且阵元间存在相互干扰的耦合问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种海洋电气间漏磁检测定位方法，整个系统为单矩阵、单通道。避免了天线矩阵巨大，以及阵元间干扰的问题。本专利技术的一种电磁泄漏检测方法，包括以下步骤：步骤一、在海洋电气间外采用单通道天线以速度作匀速直线运动，在单向天线上安装的信号采集装置同时以τs时间间隔对海洋电气间内的电器漏磁采样；步骤二、将电器漏磁采样数据传送给数据接收模块，在数据接收模块中进行采集数据的整理，构造如下数据矩阵：X＝φaS+N其中：φ为由于天线运动造成的时间延迟矩阵；a为漏磁的方向矢量；S为漏磁的信号矢量；N为噪声数据矢量；s(t0)为t0时刻泄露电磁发出的信号；M代表单批次采样最终采样得到的数据个数；T代表漏磁信号的周期，T＝1/f；r代表t0时刻漏磁信号源距离天线的距离；f代表漏磁信号频率；j代表虚数单位；t0代表数据采集开始时间；r2代表第一个采样点出距离漏磁信号源的位置；rM代表第M采样点出距离漏磁信号源的位置；步骤三、将数据矩阵方程导入到数据处理模块中，通过空间谱估计算法对矩阵方程进行全域谱峰搜索得到矩阵方程的峰值点搜索，极大值点所对应的距离和角度记为电磁泄露信号源的位置信息。本专利技术的有益效果：本方法可以有效解决目前天线矩阵体积大，阵元间距固定，阵元间存在耦合现象，且不便携带等问题。新的电磁泄露检测原理是使整个系统彻底变成单矩阵、单通道。避免天线矩阵巨大，以及阵元间干扰的问题。可以大大简化计算的复杂度，也有效避免干扰提高检测精度，节约时间成本。附图说明图1虚拟单通道阵列接受系统示意图；图2漏磁检测系统处理流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术加以详细说明。本专利技术基于合成孔径技术的思想，利用基于单天线运动合成的虚拟矩阵代替传统的实际常规矩阵，其后端采用单通道接受，这样则使整个系统彻底变成单矩阵、单通道。图1为虚拟单通道阵列接受系统示意图，单向天线1沿给定方向做速度为v的匀速运动，单向天线1上安装有信号采集装置，运动到图中位置2时进行第二次数据采集，依次类推进行信号采集，采集到的信号由信号接收模块3接受后按照矩阵构造方法进行整理，构造成数据矩阵形式传输给信号处理模块4进行数据处理。从处理后的数据结果直接得到信号源的位置信息。本专利技术的一种电磁泄漏检测方法，包括以下步骤：步骤一、在海洋电气间外采用单通道天线以速度v作匀速直线运动，在单向天线1上安装的信号采集装置同时以τs时间间隔对海洋电气间内的电器漏磁采样；步骤二、将电器漏磁采样数据传送给数据接收模块3，在数据接收模块3中进行采集数据的整理，构造如下数据矩阵,X＝φaS+N(1)其中：φ为由于天线运动造成的时间延迟矩阵；a为漏磁的方向矢量；S为漏磁的信号矢量；N为噪声数据矢量；s(t0)为t0时刻泄露电磁发出的信号；M代表单批次采样最终采样得到的数据个数；T代表漏磁信号的周期，T＝1/f；r代表t0时刻漏磁信号源距离天线的距离；f代表漏磁信号频率；j代表虚数单位；t0代表数据采集开始时间；r2代表第一个采样点出距离漏磁信号源的位置；rM代表第M采样点出距离漏磁信号源的位置。下面详细说明数据矩阵的构造方法：(a)天线1上的信号采集器进行信号采样：设信号采样间隔为τs，令tp＝t0+pτs，(p＝0,1,2....)则天线tp时刻将运动至νtp处，接收到的电磁信号为：x(tp)＝s(tp)+n(tp)(p＝0,1,2....)当p＝0时：该公式是高等教育出版社1998年出版《信号与线性系统分析》中信号公式经过欧拉变换所得当p＞0时：最终得到电磁信号表达式式中：s(tp)为tp时刻泄露电磁发出的信号；n(tp)为tp时刻天线接收到的干扰信号；参数rp为tp时刻天线距离漏磁信号源的距离；r代表t0时刻漏磁信号源距离天线的距离；f代表漏磁信号频率；λ代表漏磁信号波长；j代表虚数单位；t0代表数据采集开始时间。那么，天线从起始位置t0时刻开始，陆续获得采样数据x(t0),x(t1),x(t2)...x(tk-1),x(tk),x(tk+1)...x(t(M-1)k)(3)式中：当p＝0时t0＝t0+0τs，采样信号记为x(t0)；当p＝1时t1＝t0+1τs，采样信号记为x(t1)；......当p＝(M-1)k时t(M-1)k＝t0+k(M-1)τs，采样信号记为x(t(M-1)k)。(b)信号接收模块3将采集到的数据进行二次采样：此时，以时间间隔T＝kτs为周期截取采样信号，即将(3)中的数据每隔k次采样重新采样得到如下数据；x(t0),x(tk),x(t2k)..x(t(M-1)k).(4)记为：x1,x2,x3...xM(5)(c)将二次采样数据(5)构造成数据矩阵；M代表单批次采样最终采样得到的数据个数；k代表二次采样周期是一次采样周期的k倍；Nd单批次采样得到的噪声信号矩阵。上述(a)、(b)、(c)为一次采样全过程，采到M个数据最终构成一次采样矩阵(6)，为提高定位精度，需要进行多批次采样，重复上述(a)、(b)、(c)为步骤，进行多批次采样，设进行K批次采样，将K批采样的数据构成矩阵：式中，行数M表示虚拟矩阵元数，列数K表示的采样批数，也即对整个位置重复采样的次数，M*K为总的采样点数。(5)构造由于天线运动造成的时间延迟矩阵：由上式(6)一次采样矩阵推到出K批采样数据可写为：N代表K多次采样得到噪声数据矩阵；上式(8)记为：X＝φaS+N(1)式中X为N次采样构成该的最终数据矩阵，为漏磁的方向矢量，为漏磁的信号矢量，N为噪声数据矢量，为由于天线运动造成的时间延迟矩阵。步骤三、将数据矩阵方程(1)导入到数据处理模块4中，通过空间谱估计(MUSIC)算法对矩阵方程(1)进行全域谱峰搜索得到矩阵方程(1)的峰值点搜索，极大值点所对应的距离和角度记为电磁泄露信号源的位置信息,远低于极大值的点对应为根据噪声信号矩阵N搜索出的噪声位置信息。实施例1在数据矩阵构造方法(a)中的采样时间以及天线运动距离(天线按照指定轨道运动并采集信息，天线运动距离即为实际应用过程中轨道长度)决定着采样过程中虚拟矩阵元间距(采样点位置)和虚拟矩阵个数(采样点个数)，天线运动距离越长，采样周期越短，采样矩阵元间距越小，采样矩阵元个数越多。在具体实施过程中，为在小范围内精确定位磁泄露的具体位置，天线孔径D采样周期和采样距离选取应合理。以选取D＝1.5m为例，则对于不同频率的漏磁信号可以选取不同的虚拟矩阵元间距(采样点位置)和虚拟矩阵个数(采样点个数)如下表在漏磁信号稳定后，测量定位阵元数越多，阵元间距越大定位精度越高，但考虑到成本问题，并不是阵元数越多越好，通过MATLAB仿真试验验证得到上表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁泄漏检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在海洋电气间外采用单通道天线以速度作匀速直线运动，在单向天线上安装的信号采集装置同时以τs时间间隔对海洋电气间内的电器漏磁采样；步骤二、将电器漏磁采样数据传送给数据接收模块，在数据接收模块中进行采集数据的整理，构造如下数据矩阵：X＝φaS+N其中：φ为由于天线运动造成的时间延迟矩阵；

【技术特征摘要】
1.一种电磁泄漏检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在海洋电气间外采用单通道天线以速度作匀速直线运动，在单向天线上安装的信号采集装置同时以τs时间间隔对海洋电气间内的电器漏磁采样；步骤二、将电器漏磁采样数据传送给数据接收模块，在数据接收模块中进行采集数据的整理，构造如下数据矩阵：X＝φaS+N其中：φ为由于天线运动造成的时间延迟矩阵；a为漏磁的方向矢量；S为漏磁的信号矢量；N为噪声数据矢量；s(t0)为t0时刻泄露电磁发出的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永才，刘龙，
申请(专利权)人：天津博迈科海洋工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12