【技术实现步骤摘要】
本申请的实施例涉及运动轨迹测量，特别涉及一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统。
技术介绍
1、高速uuv（unmanned underwater vehicle，无人水下航行器）是各国海军的重要水中兵器之一，它正朝着大航程、远射程和高命中精度的方向发展。靶场实验是对高速uuv的性能评估和成功研制的关键一环。如何在实验中准确测量高速uuv与靶船的交会态势，以及高速uuv与靶船的最小距离（脱靶量）是验证其导引能力、航迹控制能力的重要手段，也是评估高速uuv的战斗部性能的重要测量手段。
2、业内较成熟的靶场实验场主要通过水声手段实现高速uuv的定位，比如超短基线测量系统、短基线测量系统和长基线测量系统等。这些测量系统通过在靶船上安装声学换能器基阵，或者在海底布设水声换能器基阵，接收安装在高速uuv上3d段信标的信号或高速uuv的辐射噪声来确定高速uuv相对于靶船的位置。
3、然而，在高速uuv和靶船交会的末弹道，由于高速uuv和靶船相对位置较近，靶船附近的声场环境复杂，这将会对水声定位系统造成严重的干扰，使得测量精度急剧下降。长基线测量系统需要预先在试验海域的海底铺设水声换能器，这使得声学测量系统建造与维护成本巨大，且只能在限定的海域进行试验，应用海域受到诸多限制。短基线测量系统则需要在高速uuv上加装3d段信标，并在靶船上安装相应的换能器，这对能使用的靶船做出了限制，并且对高速uuv进行改装有可能会对高速uuv的动力学性能、电子系统等带来不确定的影响。
技术实现思路b>
1、本申请实施例的主要目的在于提出一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，无需对高速uuv进行改造，即可通过接收交变电磁辐射源的信号高效、准确地给出高速uuv运动轨迹，整个系统布放简单，可适用于不同的靶船和试验海域。
2、为实现上述目的，本申请的实施例提供了一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，所述系统包括：磁传感器阵列、接口模块、数据采集箱和上位机，所述磁传感器阵列由若干个单分量的磁传感器组成，各所述磁传感器均安装在靶船的船舷上并且均垂直于水面，各所述磁传感器均与所述磁传感器接口模块连接，所述磁传感器接口模块与所述数据采集箱连接，所述数据采集箱与所述上位机连接；各所述磁传感器均用于感应待测区域的磁场信号，并转换为模拟信号输出；所述数据采集箱用于通过所述接口模块采集各所述磁传感器输出的模拟信号，将采集到的各所述模拟信号转换为数字信号，并将各所述数字信号发送至所述上位机；所述上位机用于根据各所述数字信号及其对应的磁传感器的信息，确定高速uuv的运动轨迹；其中，所述上位机中预存有各所述磁传感器的位置信息。
3、本申请的实施例提出的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，考虑到高速uuv的尾部安装有电磁发射天线，电磁发射天线不断发射一定频率的交变电磁信号，而交变电磁信号在水中传播损失较大，具有很好的区域性，因此将高速uuv的运动轨迹跟踪问题转化成交变电磁辐射源的轨迹跟踪问题，在靶船上布放一组磁传感器阵列，通过磁传感器阵列接收高速uuv电磁天线发射的信号，通过数据采集箱对磁传感器阵列进行同步采样，用上位机信号处理算法对多路电磁信号进行处理，确定高速uuv与靶船的交会态势，即确定高速uuv的运动轨迹。磁传感器阵列可以有效接收交变电磁辐射源的信号，再经数据采集箱的采集和上位机的处理，无需对高速uuv进行改造，即可高效、准确地给出高速uuv运动轨迹，整个系统布置简单，可适用于不同的靶船和试验海域。
4、在一些可选的实施例中，所述磁传感器的数量为2n个，n为大于0的整数，所述2n个磁传感器平均分成两组，两组磁传感器对称地安装在所述靶船的两侧船舷上，安装的同一侧船舷上的相邻的两个磁传感器之间的距离均相同，各对称设置的两个磁传感器之间的距离均相同。
5、在一些可选的实施例中，所述n=6，即所述磁传感器的数量为12个。
6、在一些可选的实施例中，在将所述磁传感器安装在所述靶船的船舷上时，设置有减震装置，所述磁传感器通过螺栓和卡箍固定在所述减震装置上，所述减震装置的两端通过螺栓和压条固定，所述压条底部还固定有强磁铁，所述减震装置通过所述强磁铁吸附在所述靶船的船舷上。考虑到海上航行难免存在风浪、颠簸情况，因此在将磁传感器安装在靶船的船舷上时，需要设置减震装置进行减震，并保证所有磁传感器垂直于水面，从而减少靶船航行时船体振动对传感器测量数据的影响，从而进一步提升确定的高速uuv的运动轨迹的准确性。
7、在一些可选的实施例中，所述减震装置具体为橡胶减震垫，所述橡胶减震垫的尺寸为120mm×120mm×15mm，所述橡胶减震垫的固有频率小于10hz。
8、在一些可选的实施例中，所述数据采集箱由电池组、数据采集卡和北斗模块组成；所述电池组用于为所述数据采集卡和所述北斗模块供电；所述数据采集卡与所述接口模块连接，用于采集各所述磁传感器输出的模拟信号，将采集到的各所述模拟信号转换为数字信号，并将各所述数字信号发送至所述上位机；所述北斗模块用于实时获取时间信息和所述靶船的位置信息，并将所述时间信息和所述靶船的位置信息发送至所述上位机，以提供与其他测量系统对标时所需的时间信息。
9、在一些可选的实施例中，所述上位机根据各所述数字信号及其对应的磁传感器的信息，确定高速uuv的运动轨迹，包括：遍历当前时刻收到的各所述数字信号，根据当前数字信号及其对应的磁传感器的位置信息，基于磁偶极子传播模型，建立所述当前数字信号对应的方程；联立当前时刻收到的各所述数字信号对应的方程，得到所述当前时刻对应的方程组；利用优化算法对所述当前时刻对应的方程组进行求解，确定当前时刻下的高速uuv的位置坐标；根据各时刻下的所述高速uuv的位置坐标，确定所述高速uuv的运动轨迹。
10、在一些可选的实施例中，所述根据当前数字信号及其对应的磁传感器的位置信息，基于磁偶极子传播模型，建立所述当前数字信号对应的方程，包括：根据所述高速uuv的电磁发射天线发射的信号的频率，对所述当前数字信号进行同频正交解调，估计出所述当前数字信号的初始相位；基于所述初始相位，对所述当前数字信号进行同频同相相干解调，建立所述当前数字信号对应的磁场包络方程。
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1.一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，包括：磁传感器阵列、接口模块、数据采集箱和上位机，所述磁传感器阵列由若干个单分量的磁传感器组成，各所述磁传感器均安装在靶船的船舷上并且均垂直于水面，各所述磁传感器均与所述接口模块连接，所述接口模块与所述数据采集箱连接，所述数据采集箱与所述上位机连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述磁传感器的数量为2N个，N为大于0的整数，所述2N个磁传感器平均分成两组，两组磁传感器对称地安装在所述靶船的两侧船舷上，安装的同一侧船舷上的相邻的两个磁传感器之间的距离均相同，各对称设置的两个磁传感器之间的距离均相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述N=6，即所述磁传感器的数量为12个。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，在将所述磁传感器安装在所述靶船的船舷上时，设置有减震装置，所述磁传感器通过螺栓和卡箍固定在所述减震装置上，所述减震
5.根据权利要求4所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述减震装置具体为橡胶减震垫，所述橡胶减震垫的尺寸为120mm×120mm×15mm，所述橡胶减震垫的固有频率小于10Hz。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述数据采集箱由电池组、数据采集卡和北斗模块组成；
7.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述上位机根据各所述数字信号及其对应的磁传感器的信息，确定高速UUV的运动轨迹，包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述根据当前数字信号及其对应的磁传感器的位置信息，基于磁偶极子传播模型，建立所述当前数字信号对应的方程，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，包括：磁传感器阵列、接口模块、数据采集箱和上位机，所述磁传感器阵列由若干个单分量的磁传感器组成，各所述磁传感器均安装在靶船的船舷上并且均垂直于水面，各所述磁传感器均与所述接口模块连接，所述接口模块与所述数据采集箱连接，所述数据采集箱与所述上位机连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述磁传感器的数量为2n个，n为大于0的整数，所述2n个磁传感器平均分成两组，两组磁传感器对称地安装在所述靶船的两侧船舷上，安装的同一侧船舷上的相邻的两个磁传感器之间的距离均相同，各对称设置的两个磁传感器之间的距离均相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，所述n=6，即所述磁传感器的数量为12个。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的交变电磁辐射源轨迹跟踪系统，其特征在于，在将所述磁传感器安装在所述靶船的船舷上时，设置有减震装置...
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