潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法技术

本发明专利技术提供一种潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法及系统，包括：建立电网偶极子群模型，仿真计算试验地点的背景场强度数据，构建仿真背景场数据库；获取实测背景场数据，对比仿真与实测数据，给出相对误差；计算在上述偶极子群作用下背景场强度和潜航器目标扰动，建立实测目标信号数据库；根据潜航器运动与探测的拓扑结构进行实际测量，得到原始数据后进行傅里叶变化与傅里叶滑窗分解，得到潜航器目标扰动信号的幅值谱和频谱图。若得到的扰动信号持续多个时间窗口，则判断该扰动为潜航器引起，否则判定其为噪声。经实测潜航器经过磁探测器时磁扰动信号显著高于背景场信号，峰值达到背景场信号的很多倍，探测效果良好。探测效果良好。探测效果良好。

【技术实现步骤摘要】
潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法


[0001]本专利技术属于光电探测领域，更具体地，涉及一种潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法。

技术介绍

[0002]海洋科技是海洋开发过程中的第一生产力，也是挖掘海洋经济的重要手段，海洋高新技术是全球学者公认的新科技革命中最重要的领域之一。而水下无人探测器/水下机器人的发展为挖掘海洋经济，代替人工进行恶劣环境下的作业提供了重要作用。其不仅能用于海上救援，还可应用于石油开发、地貌勘察、科研、水产养殖、水下船体检修清洁、潜水娱乐、城市管道检测等领域，市场也正在兴起。而水下目标的探测和跟踪是发展海下无人探测器的重要基础和前提。由于其同时具有商业和军事上的重要价值而被越来越多的专家学者以及生产技术人员重视。
[0003]在经济全球化的新形势背景下，全球贸易往来极为密切，世界各国，尤其我国的进出口总量呈现较快的增长速度，船舶运输以自身巨大的货运量以及高效的货物保障被全球企业商家所青睐。因此，船舶制造企业的造船数量和船舶吨位逐年增长。船舶在航行过程中的安全问题一直是人们关注的焦点。
[0004]沉船目标和战争遗留下的水雷等铁磁性物体是海洋勘探中广泛研究的对象。对失事沉船的打捞和水雷探测需要对其进行精确的定位，同时水下沉船和水雷也是影响海洋通航环境的重要要素。同时，水下潜航器与水下机器人活动范围的日益增大，两者也成为了影响海洋通航的重要因素。船舶航行时对沉船、水下潜航器等铁磁性目标的探测就尤为重要了。
[0005]传统的水下目标探测手段通常是采用声呐探测方式，通过接收被探测对象的声呐回波来感知目标的方位。利用声呐探测沉船等水下目标存在着一些问题，沉船往往会受到海洋泥沙的覆盖，而声呐手段很容易受到海底起伏地形的干扰，从而带来较大的检测虚警。同时，声学探测要布置大量的探测阵列，耗费巨大，也极易受到海洋背景噪声的干扰。声学探测手段已经很难远距离、大范围探测隐蔽于海洋背景噪声下的水下目标，无法满足我国广阔海域的探测需求，因此亟需发展新的非声遥感探测手段来探测水下目标。
[0006]华中科技大学张天序教授提出了使用世界各国电网产生的工频电磁场进行水下铁磁性目标的探测。遍布全世界的高压输/变/用电网络会产生工频电磁场。工频电磁场穿透性强，可穿透海洋作用在水下铁磁性目标上。目标在工频电磁场(波)的作用下产生畸变信号，可进行水下铁磁性目标探测。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法，旨在解决抑制背景杂波的干扰，有效探测潜航器目标引起的扰动信号的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法，包括如下步骤：
[0009]确定背景场数据；所述背景场数据指预定区域内不存在铁磁性目标物时的工频电磁数据；当所述预设区域可以直接进行工频电磁测量时，通过实测获取所述背景场数据，否则通过对预定区域构建电网偶极子群模型以仿真得到所述背景场数据；
[0010]确定目标物经过所述预定区域时的实测数据；所述目标物为潜航器；
[0011]对所述背景场数据和实测数据分别进行短时傅里叶变换，提取出各个数据对应的50Hz电磁信号，并对各个50Hz电磁信号进行傅里叶滑窗分解得到对应的滑动序列时间窗信号；
[0012]当所述实测数据的滑动序列时间窗信号内某个时间窗序列中出现扰动信号，切所述扰动信号持续多个时间窗，则认为有潜航器经过所述预定区域；
[0013]通过对比所述背景场数据的滑动序列时间窗信号和实测数据的滑动序列时间窗信号的幅值强度，根据所述幅值强度的对比变化情况确定潜航器经过到预定区域的何处；
[0014]通过分析所述实测数据的50Hz电磁信号的相位谱，确定潜航器经过所述预定区域内时相位谱的变化规律。
[0015]在一个可选的实施例中，所述通过对预定区域构建电网偶极子群模型以仿真得到所述背景场数据，具体为：
[0016]构建电网偶极子群模型，所述电网偶极子群模型包括：空气层、海洋层、陆地层、海床层以及电离层，以及每一层对应的相对磁导率和相对电导率；
[0017]基于所述电网偶极子群模型对可进行实测的一个背景场的工频磁场强度进行仿真，得到仿真的背景场数据；
[0018]对上述背景场进行工频电磁场实际测量，得到实测的背景场数据；
[0019]将所述仿真的背景场数据和实测的背景场数据进行对比，确定相对误差，并基于所述相对误差调整所述电网偶极子群模型，以使得所述电网偶极子群模型仿真得到的背景场数据与实测的背景场数据的相对误差小于预设误差值；
[0020]利用调整后的电网偶极子群模型仿真不能进行实测的背景场以得到其对应的背景场数据。
[0021]在一个可选的实施例中，通过传感器测量所述预定区域的工频电磁数据；
[0022]所述传感器为多组，用于采集指定位置的电磁信号，当有铁磁性目标物经过传感器所在的指定位置时，该位置处的电磁信号发生变化；
[0023]所述传感器置于预设区域内。
[0024]在一个可选的实施例中，所述根据所述幅值强度的对比变化情况确定潜航器经过到预定区域的何处，具体为：
[0025]当所述潜航器经过所述预定区域内时，实测数据对应的50Hz电磁信号分量的磁场强度总体变化情况为先增大后减少再增大再减小。
[0026]在一个可选的实施例中，所述根据所述幅值强度的对比变化情况确定潜航器经过到预定区域的何处，具体为：
[0027]当所述潜航器靠近所述传感器时，实测数据对应的50Hz电磁信号分量的磁场强度会逐渐增大；
[0028]当所述潜航器前端到达传感器时，所述磁场强度达到峰值，之后逐渐减小。
[0029]在一个可选的实施例中，所述根据所述幅值强度的对比变化情况确定潜航器经过到预定区域的何处，具体为：
[0030]当所述潜航器中间到达传感器时，所述磁场强度降到最低点，之后逐渐增大；
[0031]当所述潜航器后端到达传感器时，所述磁场强度再次到达峰值，之后逐渐减少至背景场的磁场强度大小；所述背景场的磁场强度大小通过背景场数据对应的50Hz电磁信号分量确定。
[0032]在一个可选的实施例中，所述通过分析所述实测数据的50Hz电磁信号的相位谱，确定潜航器经过所述预定区域内时相位谱的变化规律，具体为：
[0033]对所述实测数据的进行傅里叶分解提取出50Hz电磁信号，对所述50Hz电磁信号再次进行傅里叶分解提取50Hz相位谱，所述潜航器经过传感器时所述相位谱由密集到稀疏再到密集变化。
[0034]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0035]本专利技术提供一种潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法，能够抑制背景杂波的干扰，有效探测由潜航器引起的扰动信号：当潜航器经过磁探测仪器时，其原始信号经过傅里本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种潜航器工频电磁场扰动的序列时间窗幅相频特征分析方法，其特征在于，包括如下步骤：确定背景场数据；所述背景场数据指预定区域内不存在铁磁性目标物时的工频电磁数据；当所述预设区域可以直接进行工频电磁测量时，通过实测获取所述背景场数据，否则通过对预定区域构建电网偶极子群模型以仿真得到所述背景场数据；确定目标物经过所述预定区域时的实测数据；所述目标物为潜航器；对所述背景场数据和实测数据分别进行短时傅里叶变换，提取出各个数据对应的50Hz电磁信号，并对各个50Hz电磁信号进行傅里叶滑窗分解得到对应的滑动序列时间窗信号；当所述实测数据的滑动序列时间窗信号内某个时间窗序列中出现扰动信号，切所述扰动信号持续多个时间窗，则认为有潜航器经过所述预定区域；通过对比所述背景场数据的滑动序列时间窗信号和实测数据的滑动序列时间窗信号的幅值强度，根据所述幅值强度的对比变化情况确定潜航器经过到预定区域的何处；通过分析所述实测数据的50Hz电磁信号的相位谱，确定潜航器经过所述预定区域内时相位谱的变化规律。2.根据权利要求1所述的序列时间窗幅相频特征分析方法，其特征在于，所述通过对预定区域构建电网偶极子群模型以仿真得到所述背景场数据，具体为：构建电网偶极子群模型，所述电网偶极子群模型包括：空气层、海洋层、陆地层、海床层以及电离层，以及每一层对应的相对磁导率和相对电导率；基于所述电网偶极子群模型对可进行实测的一个背景场的工频磁场强度进行仿真，得到仿真的背景场数据；对上述背景场进行工频电磁场实际测量，得到实测的背景场数据；将所述仿真的背景场数据和实测的背景场数据进行对比，确定相对误差，并基于所述相对误差调整所述电网偶极子群模型，以使得所述电网偶极子群模型仿真得到的背景场数据与实测的背景场数据的相对误差小于预设误差值；利用调整后的电网偶极子群模型仿真不能进行实测的背景场以得到其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，吕余海，王嘉伟，张庆辉，杨成，张涛，谭建东，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：