一种基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法技术

本发明专利技术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；本发明专利技术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。获取海缆坐标。获取海缆坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法


[0001]本专利技术涉及一种基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，属于海缆定位


技术介绍

[0002]海底电缆的定位是海底电缆检测，维修，故障确定和升级等作业过程中不可或缺的一步，快速准确的对海底电缆进行定位，不仅能缩短施工时间，提高施工效率。在海缆故障维修时，还能够极大的降低故障带来的损失。海底电缆铺设与海底，相比于路上电缆，海底电缆定位时存在许多特定的困难，难度也更高。
[0003]目前在海底电缆探测上应用最广的是基于声、光、电和磁学等物理原理的技术手段。其中光学和电学探测手段在实际深水环境条件下使用受到限制较大，故而很少使用或作为辅助使用。声学探测法主要是利用声纳回波技术，基于声波的反射回波原理，通过获取一定宽度的海底声学图像进而间接得到海缆路由信息。虽然声波在海水中的衰减远小于高频电磁波，但是声波无法穿透覆盖在海底电缆上的泥沙，因此对埋设电缆的探测效果并不太好。磁探测技术是各种非声探测中发展较早、技术较成熟的一种探测方法。在探测海缆的手段中，磁探测法较声纳技术具有识别能力强、运行时间短、定位精度好、实时性好、成本低等优势。
[0004]申请号为202011366513.6的申请文件公布了一种用于海底缆线的双三轴电磁探测及路由定位方法，该方法通过两个三轴电磁探测传感器采集六路实时电磁信号，并通过六路电磁信号对海缆路由的坐标进行标定。缺点在于，没有解决开始探测时传感器与海底电缆之间距离较远的情况，若开始探测时，传感器与海底电缆之间的相对距离较远，则无法采集到有效的磁信号，后续的路由定位就无从开启。

技术实现思路

[0005]为了克服上述问题，本专利技术提供一种基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，该定位方法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，使传感器靠近海缆，获取海缆坐标，令传感器跟踪海缆，获得利系列海缆路由坐标。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]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，
[0008]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；
[0009]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；
[0010]根据以下步骤获取海缆路由坐标：
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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。
[0015]进一步的，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。
[0016]进一步的，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。
[0017]进一步的，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：
[0018]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ε
x
、ε
y
和ε
z
，得到磁信号的水平分量设置阈值ε
p0
和ε
z0
，
[0019]判断水平分量ε
p
、垂直分量ε
z
与阈值ε
p0
、ε
z0
的关系，根据判断结果执行以下操作：
[0020]P1，若ε
z
＜ε
z0
，则令所述水下机器人下降，直至ε
z
＞ε
z0
后，若ε
p
＞ε
p0
，则执行P3，若ε
p
＜ε
p0
，则执行P2，若直至所述水下机器人下降至海底，仍不满足ε
z
＞ε
z0
，则收回所述水下机器人，调整下放位置，重新下放；
[0021]P2，若ε
p
＜ε
p0
，且ε
z
＞ε
z0
，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ε
p
＞ε
p0
后，执行P3；
[0022]P3，若ε
p
＞ε
p0
，且ε
z
＞ε
z0
，则认为所述水下机器人进入弱信号区。
[0023]进一步的，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：
[0024]令所述水下机器人降至海底；
[0025]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ε
1x
和ε
1y
，并计算所述线圈传感器Y轴与海缆路由的夹角θ
y
，公式如下：
[0026][0027]根据所述夹角θ
y
调整所述水下机器人的前进方向至垂直于海缆路由；
[0028]令所述水下机器人通过所述履带移动；
[0029]移动过程中对所述线圈传感器采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1所述基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，其特征在于，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ε
x
、ε
y
和ε
z
，得到磁信号的水平分量设置阈值ε
p0
和ε
z0
，判断水平分量ε
p
、垂直分量ε
z
与阈值ε
p0
、ε
z0
的关系，根据判断结果执行以下操作：P1，若ε
z
＜ε
z0
，则令所述水下机器人下降，直至ε
z
＞ε
z0
后，若ε
p
＞ε
p0
，则执行P3，若ε
p
＜ε
p0
，则执行P2，若直至所述水下机器人下降至海底，仍不满足ε
z
＞ε
z0
，则收回所述水下机器
人，调整下放位置，重新下放；P2，若ε
p
＜ε
p0
，且ε
z
＞ε
z0
，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ε
p
＞ε
p0
后，执行P3；P3，若ε
p
＞ε
p0
，且ε
z
＞ε
z0
，则认为所述水下机器人进入弱信号区。5.根据权利要求4所述基于弱磁信号的海缆路由坐标定位方法，其特征在于，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ε
1x

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃，俞炜平，黄文超，林松青，李振海，黄汉权，林宇澄，陈臻旭，吴宗泽，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司福州大学，
类型：发明
国别省市：