基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法及装置。通过测量平台搭载矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块，在三相单芯海缆附近通过S形扫测方式，由矢量磁场梯度测量装置测量三相单芯海缆中工频交变磁场在当地水平坐标系下水平磁场分量与竖直磁场分量的相位差在竖直方向上的梯度值，根据相位差的梯度值随地理位置的变化，通过梯度值在相邻两个极值间的过零点判断三相单芯海缆的路由位置。本发明专利技术以相位差为测量量，降低测量设备的测量误差及外界磁场干扰的影响，提高定位精度；采用梯度测量方式，通过过零点位置确定待测海缆路由且过零点处的斜率大，易于准确判断待测海缆位置，减小定位误差。误差。误差。

【技术实现步骤摘要】
基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法及装置


[0001]本专利技术属于海底电缆运行与维护领域，涉及一种基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法及装置，用于精确测量三相单芯海缆的二维位置信息。

技术介绍

[0002]海缆路由定位是海缆运行与维护中的一个重要环节。精确的海缆位置信息有助于在海缆发生故障时缩短故障定位时间，提高故障检测效率，同时对日常海缆的维护提供一定的参考价值。三相单芯海缆是海洋输电系统中常用的形式，由三个单芯海缆组成，通过三个单芯海缆分别传输A相、B相和C相电，且三个海缆在水平面上等间隔铺设，相邻两个海缆间的距离通常间隔几十米至百米。目前，三相单芯海缆的路由定位主要采用船只搭载搜索线圈等矢量磁场测量设备进行扫测，通过磁场幅度极值法判断三相单芯海缆的地理位置信息，当矢量磁场测量设备分别经过A相、B相和C相单芯海缆的正上方时，由三相电流产生的交变磁场的幅值出现极值点，根据极值点出现的位置即可判断A相、B相和C相单芯海缆的地理位置。由于在极值附近，磁场幅度随位置的变化率接近零，因此，测量设备的微小测量误差及外界磁场干扰等因素均可能造成磁场幅度极值的测量偏差，导致三相单芯海缆的路由定位误差，从而降低路由定位精度。
[0003]本专利技术利用三相单芯海缆中三相交变电流产生的工频交变磁场在当地水平坐标系下产生的水平磁场分量与竖直磁场分量，通过在竖直方向上安装距离海底不同高度的两个矢量磁场测量装置构成矢量磁场梯度测量装置，测量不同高度下同一水平位置的水平磁场分量与竖直磁场分量的相位差的差值(即相位差在竖直方向上的梯度值)随地理位置的变化，根据梯度值在相邻两个极值间的过零点判断三相单芯海缆的路由位置。
[0004]专利技术人于2021年提出中国专利202111641095.1，公开了一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法，其通过标量磁场测量设备测量地磁场标量数据并利用其对运动状态不敏感的特性，克服了传统方法无法在高海况下进行海缆精确定位的困难，实现了一种对海况无要求的海缆定位方法。该方法仍采用的是磁场幅值信息进行海缆定位，因此仍会受到测量设备的微小测量误差及外界磁场干扰等因素的干扰，导致海缆定位精度的下降。另外上述方法仍需要一套矢量测量装置在岸边测量地磁场方向与水平面的夹角，使用并不便捷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决传统的磁场幅度极值法测量精度受探测误差及外界磁场干扰影响大的问题，提供了一种基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法及装置。这种方法由矢量磁场梯度测量装置测量三相单芯海缆中工频交变磁场在当地水平坐标系下水平磁场分量与竖直磁场分量的相位差在竖直方向上的梯度值；由导航定位仪记录地理位置信息；由高度计记录矢量磁场梯度测量装置距离海底的高度。根据相位差的梯度值随地理位置的变化，通过梯度值在相邻两个极值间的过零点判断三相单芯海缆的路由位
置。该方法采用相位差的梯度测量方式，受磁场幅度测量误差及外界磁场干扰影响小，待定位的海缆附近的梯度值随地理位置变化灵敏，易于三相单芯海缆的路由定位，且定位精度高。
[0006]本专利技术的工作机理是：三相单芯海缆通三相电后周围会产生工频磁场，该工频磁场在当地水平坐标系下可分解为水平磁场分量与竖直磁场分量。两个分量的相位差在竖直方向上的梯度值随地理位置的变化而改变，且以海缆走向为分界线，梯度值在待定位海缆位置的一侧为正值、另一侧为负值。由此，通过矢量磁场梯度测量装置测量相位差梯度值的变化，结合导航定位仪，判断相位差梯度值在相邻两个极值间的过零点为待定位三相单芯海缆位置。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种三相单芯海缆二维路由测量仪，包括测量平台，以及搭载在测量平台上的矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计、信号处理模块；矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计分别与信号处理模块通过电缆信号连接；
[0008]所述矢量磁场梯度测量装置包括第一矢量磁场传感器、第二矢量磁场传感器和相位差测量模块，所述第一矢量磁场传感器和所述第二矢量磁场传感器测量到的矢量磁场数据分别通过电缆信号传输到相位差测量模块，并由相位差测量模块进行数据处理后输出相位差梯度值Δθ(t)；其中所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器保持上下水平设置，所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器的间距保持不变，且所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器分别与测量平台间的高度不同；
[0009]所述导航定位仪实时获取当前地理位置数据，输出经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)；
[0010]所述高度计获取矢量磁场梯度测量装置距离海底的高度数据h；其中h≤L1且h≤L2，其中L1为A相海缆与B相海缆之间的间距，L2为B相海缆与C相海缆之间的间距；
[0011]所述信号处理模块用于接收矢量磁场梯度测量装置输出的相位差梯度值Δθ(t)，导航定位仪输出的经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)，高度计输出的高度数据h，计算获取三相单芯海缆二维路由信息。
[0012]第二方面，本专利技术基于上述装置提供一种基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法，具体包括以下步骤：
[0013]步骤(1)、矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块的调节：
[0014]矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块通过电缆连接，并将矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块放置在测量平台上，其中矢量磁场梯度测量装置中的第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器沿竖直方向进行安装，通过刚性支杆固定第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器的相对距离，使得所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器的间距保持不变，且所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器分别与测量平台间的高度不同；
[0015]步骤(2)、测量平台的航行路线调节：
[0016]打开矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计，测量平台从待测的三相单芯海缆的一端出发进行作业，调节并保持测量平台的航行路线，使测量平台位于待测的三相单芯海缆附近进行S形扫测，并保证矢量磁场梯度测量装置能够采集到待测三相单芯海缆产生的工频磁场信号。
[0017]步骤(3)、由信号处理模块实时同步记录矢量磁场梯度测量装置输出的相位差梯度数据，导航定位仪输出的地理位置数据，高度计输出的矢量磁场梯度测量装置距离海底的高度数据，计算获取三相单芯海缆二维路由信息；具体是：
[0018]3‑
1测量过程中，测量平台依次经过三相单芯海缆的A相、B相及C相海缆的正上方，并记为扫测一次；
[0019]所述第一矢量磁场传感器实时测量所在位置的水平磁场分量B
p1
和竖直磁场分量B
v1
，计算分别参见公式(1)
‑
(2)；
[0020]所述第二矢量磁场传感器实时测量所在位置的水平磁场分量B
p2
和竖直磁场分量B
v2
，计算分别参见公式(3)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三相单芯海缆二维路由测量仪，其特征在于包括测量平台，以及搭载在测量平台上的矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计、信号处理模块；矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计分别与信号处理模块通过电缆信号连接；所述矢量磁场梯度测量装置包括第一矢量磁场传感器、第二矢量磁场传感器和相位差测量模块，所述第一矢量磁场传感器和所述第二矢量磁场传感器测量到的矢量磁场数据分别通过电缆信号传输到相位差测量模块，并由相位差测量模块进行数据处理后输出相位差梯度值Δθ(t)；其中所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器保持上下水平设置，所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器的间距保持不变，且所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器分别与测量平台间的高度不同；所述导航定位仪实时获取矢量磁场梯度测量装置的地理位置信息，输出经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)；所述高度计获取矢量磁场梯度测量装置距离海底的高度h；所述信号处理模块用于接收矢量磁场梯度测量装置输出的相位差梯度值Δθ(t)，导航定位仪输出的经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)，高度计输出的高度数据h，计算获取三相单芯海缆二维路由信息。2.一种基于相位差梯度测量的三相单芯海缆路由定位方法，基于权利要求1所述的三相单芯海缆二维路由测量仪，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)、矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块的调节：矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块通过电缆连接，并将矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计及信号处理模块放置在测量平台上，其中矢量磁场梯度测量装置中的第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器沿竖直方向进行安装，通过刚性支杆固定第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器的相对距离，使得所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器的间距保持不变，且所述第一矢量磁场传感器与第二矢量磁场传感器分别与测量平台间的高度不同；步骤(2)、测量平台的航行路线调节：打开矢量磁场梯度测量装置、导航定位仪、高度计，测量平台从待测的三相单芯海缆的一端出发进行作业，调节并保持测量平台的航行路线，使测量平台位于待测的三相单芯海缆附近进行S形扫测，并保证矢量磁场梯度测量装置能够采集到待测三相单芯海缆产生的工频磁场信号；步骤(3)、由信号处理模块实时同步记录矢量磁场梯度测量装置输出的相位差梯度数据，导航定位仪输出的地理位置数据，高度计输出的矢量磁场梯度测量装置距离海底的高度数据，计算获取三相单芯海缆二维路由信息；具体是：3
‑
1测量过程中，测量平台依次经过三相单芯海缆的A相、B相及C相海缆的正上方，并记为扫测一次；所述第一矢量磁场传感器实时测量所在位置的水平磁场分量B
p1
和竖直磁场分量B
v1
，计算分别参见公式(1)
‑
(2)；所述第二矢量磁场传感器实时测量所在位置的水平磁场分量B
p2
和竖直磁场分量B
v2
，计算分别参见公式(3)
‑
(4)：B
p1
＝A
p1
sin(2πft+θ
p1
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
B
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＝A
v1
sin(2πft+θ
v1
)
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(2)B
p2
＝A
p2
sin(2πft+θ
p2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)B
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦冉，梁尚清，杨国卿，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：