水下地磁定位导航装置

摘要

一种新型的水下地磁定位和导航装置，本系统依托新型的MEMS谐振微磁传感器，以及低频磁通信技术进行母艇定位，利用母艇通过缆绳拖拽飞艇，从而对水下地磁场进行3分量测量，并求出总强度F，基于F所建立的曲面Spline模型和实际分布图，经过叠加后形成综合底图，再利用单点匹配、图像匹配(Homography Algorithm，Imaging Mosaic Algorithm)等方式进行匹配、定位、导航，最后通过视频输出。

主权项

一种水下地磁定位和导航装置，该装置由拖拽式水下飞艇、谐振式微磁传感器、无线数传电路板、低频磁通信数据收发装置、上位机、下位机软件构成。其特征在于：本发明主要是提供一种基于水下地磁场进行定位导航的装置。利用地磁场这一自然源进行导航，属于被动式导航。由于是在水下进行操作，而水下环境有时会存在铁磁干扰(如母艇、沉船等)，因此必须在特定航道上消除或尽量抑制周围干扰，方可进行较为准确可靠的地磁定位导航。其技术方案是这样实现的：通过一种谐振式巨磁阻抗非晶丝传感器(组)固定在拖拽式水下飞艇的拖拽杆尾部进行测区的地磁场测量，该传感器能够测量测区地磁场的北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z，其他4分量可通过转换公式计算得到，但是考虑到水中的漂浮和指北问题，因此通过3分量计算得到总强度F，基于此进行定位，该装置使用高精度的谐振式传感器(组)进行测量，若进行图像匹配，则利用4个传感器构成2×2的阵列式传感器组，进行小区域测量，并将实测数据通过数据线传到母艇的电脑上，飞艇上还装载了低频无线数据接收装置，考虑到可能会存在铁磁干扰，因此包括飞艇在内的大部份材料都是用了无磁性环氧树脂材料制成，并在飞行内各部分间用铝合金隔板进行格挡。在终端电脑上安置了无线数据接收模块，在飞艇航行时，利用低频磁通信技术(LFMC)进行定位，艇内的低频信号接收装置和岸上的低频信号发射塔进行实时定位，并利用飞艇尾部携带的磁传感器实时测量，母艇上的电脑接受到现场磁测数据后，建立了测区曲面Spline模型，并绘制了测区地磁底图，结合飞艇进行海底地磁图板块的测量和数据融合，绘制成测区综合实际底图，将两种底图相叠加，形成了测区的综合底图。实际进行测区定位导航时，可分为单点匹配和图像匹配两种方法，单点匹配也称最优点匹配或最小距离匹配，通过设定一定值的容差在区域网格模型中选取最合适的测点，以此进行匹配；图像匹配是利用两种现较为成熟的匹配方法‑‑Homography算法和Imaging Mosaic算法完成，这两种方法各有特点，结合在一起使用，可提高局部图像匹配的准确度。经过算法匹配后，在飞艇上收到低频无线电定位信号，通过VC++程序在上位机即时地绘制出飞艇在综合底图上的运动轨迹，并进行实时视频输出。