一种水下低频电磁波定位方法

1.本技术涉及水下电磁波定位领域，尤其是一种水下低频电磁波定位方法。


背景技术：

2.随着陆上资源的相继开采，人们的目光开始投向海洋资源，而水下目标定位技术对于海洋资源的开发具有重要的意义，目前声波一直是水下定位的主要方式，传播范围可达数十公里，是较为通用的定位技术。
3.现有专利文献“cn1614441a水下目标自动定位方法及其系统”中，公开了一种定位方法，这种定位方法存在着一些局限性，声波难在海水中易受多径、温度、水压、混浊物的影响，声波传播速度较慢，声波定位设备体积大，基线布置困难水声在海水中传播易出现多普勒频移和噪声严重。因此，针对上述问题提出一种水下低频电磁波定位方法。


技术实现要素：

4.在本实施例中提供了一种水下低频电磁波定位方法用于解决现有技术中的普通水下定位方法在浅水中性能易受多径、温度、水压、混浊物的影响，声波传播速度较慢，声波定位设备体积大，基线布置困难水声在海水中传播易出现多普勒频移和噪声严重的问题。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种水下低频电磁波定位方法，所述水下低频电磁波定位方法包括如下步骤：
6.1、分别在两个不同已知位置船上同时架设低频电磁波发射系统，电磁波发射频率分别为10hz和100hz；
7.2、在水下布置端头裸露于水中的电极，电极通过导线与船上发射系统连接；
8.3、在潜航器上安装一套电磁波接收系统，接收天线为端头裸露于水中的电极；
9.4、通过水深传感器计算潜航器深度，确定深度信息后通过matlab计算水下长直导线发射源在潜航器所处平面辐射场点ey分量幅值；
10.5、获取接收系统接收到的电压信号，分离出10hz与100hz两个特定频点的电压信号；
11.6、由5中两个电压信号幅值计算电场ey分量幅值；
12.7、6中计算结果与4中计算结果作对比，获得两发射源在接收点的等值线；
13.8、求取等值线交点，由于两发射源坐标位置已知，故等值线交点即为接收点坐标。
14.进一步地，所述步骤1中，所述低频电磁波发射系统都包括发射控制系统、驱动系统和供电系统。
15.进一步地，所述步骤1中，所述船上安装设置有用于计算接收机坐标的计算系统。
16.进一步地，所述步骤1中，所述低频电磁波发射系统共有两个，两个低频电磁波发射系统分别架设不同已知位置并发射不同频点的电磁波，分别为10hz和100hz。
17.进一步地，所述步骤2中，在水下布置两端端头裸露于水中的导线，与船上设备连接，所述导线与船上的供电系统连接，所述供电系统给导线供电，给导线供电后可等效成电
偶源，在周围空间形成电磁场，实现在水中发射低频电磁波。
18.进一步地，所述步骤2中，在水下布置两端端头裸露于水中的导线，与船上设备连接，所述导线与船上的设备连接，所述供电系统给导线供电，给导线供电后可等效成电偶源，在周围空间形成电磁场，实现在水中发射低频电磁波。
19.进一步地，所述步骤2中，所述电偶源形成的电磁场强度为：进一步地，所述步骤2中，所述电偶源形成的电磁场强度为：
20.进一步地，所述步骤3中，在潜航器上安装用于探测接收点的电磁场各分量大小的电磁波接收系统，所述电磁波接收系统内设置有用于确定潜航器所在位置深度的水深传感器。
21.进一步地，所述步骤3中，电磁波接收系统设置有计算机、放大模块、滤波模块、模数转换模块，电磁波同时被潜行器上的接收系统接收，经过放大、滤波、模数转换后进入计算机数据处理。
22.进一步地，所述步骤4中，通过水深传感器获取潜航器深度信息，代入matlab程序计算潜航器所处平面辐射场分布，获得各个场点ey分量幅值。
23.进一步地，所述步骤5中，对接收系统接收到的信号进行滤波，傅里叶变换，分离出两个发射源特定频点电压信号。
24.进一步地，所述步骤6中，电场分量幅值与电压信号幅值换算公式为e＝u/d，d为接收端两电极之间距离。
25.进一步地，所述步骤7中，步骤6中计算结果在步骤4中计算结果作对比，找出步骤4计算结果中与步骤6计算结果误差小于1e-8的点，用搜索到的点做等值线。
26.进一步地，所述步骤8中，用步骤7中绘制得到的两条等值线，求取两等值线的交点，由于两发射源坐标位置已知且等值线只有一个交点，故该交点即为接收点坐标位置。
27.通过本技术上述实施例，通过在船上架设发射系统并在水下布置两个端头裸露于水中的导线以等效成电偶源，在周围形成电磁场，在潜行器上装备电磁波接收系统，根据接收点的电场大小，确定接收点与两个发射源的相对位置实现定位，定位设备结构简易、可拆卸，可应用于海水中潜行器定位。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本技术一种实施例的流程示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的
附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
31.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
33.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
34.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.请参阅图1所示，一种水下低频电磁波定位方法，所述水下低频电磁波定位方法包括如下步骤：
36.1、分别在两个不同已知位置船上同时架设低频电磁波发射系统，电磁波发射频率分别为10hz和100hz；
37.2、在水下布置端头裸露于水中的电极，电极通过导线与船上发射系统连接；
38.3、在潜航器上安装一套电磁波接收系统，接收天线为端头裸露于水中的电极；
39.4、通过水深传感器计算潜航器深度，确定深度信息后通过matlab计算水下长直导线发射源在潜航器所处平面辐射场点ey分量幅值；
40.5、获取接收系统接收到的电压信号，分离出10hz与100hz两个特定频点的电压信号；
41.6、由5中两个电压信号幅值计算电场ey分量幅值；
42.7、6中计算结果与4中计算结果作对比，获得两发射源在接收点的等值线；
43.8、求取等值线交点，由于两发射源坐标位置已知，故等值线交点即为接收点坐标。
44.进一步地，所述步骤1中，所述低频电磁波发射系统都包括发射控制系统、驱动系统和供电系统。
45.进一步地，所述步骤1中，所述船上安装设置有用于计算接收机坐标的计算系统。
46.进一步地，所述步骤1中，所述低频电磁波发射系统共有两个，两个低频电磁波发射系统分别架设不同已知位置并发射不同频点的电磁波，分别为10hz和100hz。
47.进一步地，所述步骤2中，在水下布置两端端头裸露于水中的导线，与船上设备连接，所述导线与船上的供电系统连接，所述供电系统给导线供电，给导线供电后可等效成电偶源，在周围空间形成电磁场，实现在水中发射低频电磁波。
48.进一步地，所述步骤2中，在水下布置两端端头裸露于水中的导线，与船上设备连接，所述导线与船上的设备连接，所述供电系统给导线供电，给导线供电后可等效成电偶源，在周围空间形成电磁场，实现在水中发射低频电磁波。
49.进一步地，所述步骤2中，所述电偶源形成的电磁场强度为：进一步地，所述步骤2中，所述电偶源形成的电磁场强度为：
50.进一步地，所述步骤3中，在潜航器上安装用于探测接收点的电磁场各分量大小的电磁波接收系统，所述电磁波接收系统内设置有用于确定潜航器所在位置深度的水深传感器。
51.进一步地，所述步骤3中，电磁波接收系统设置有计算机、放大模块、滤波模块、模数转换模块，电磁波同时被潜行器上的接收系统接收，经过放大、滤波、模数转换后进入计算机数据处理。
52.进一步地，所述步骤4中，通过水深传感器获取潜航器深度信息，代入matlab程序计算潜航器所处平面辐射场分布，获得各个场点ey分量幅值。
53.进一步地，所述步骤5中，对接收系统接收到的信号进行滤波，傅里叶变换，分离出两个发射源特定频点电压信号。
54.进一步地，所述步骤6中，电场分量幅值与电压信号幅值换算公式为e＝u/d，d为接收端两电极之间距离。
55.进一步地，所述步骤7中，步骤6中计算结果在步骤4中计算结果作对比，找出步骤4计算结果中与步骤6计算结果误差小于1e-8的点，用搜索到的点做等值线。
56.进一步地，所述步骤8中，用步骤7中绘制得到的两条等值线，求取两等值线的交点，由于两发射源坐标位置已知且等值线只有一个交点，故该交点即为接收点坐标位置。
57.本技术的有益之处在于：
58.通过在船上架设发射系统并在水下布置两个端头裸露于水中的导线以等效成电偶源，在周围形成电磁场，在潜行器上装备电磁波接收系统，根据接收点的电场大小，确定接收点与两个发射源的相对位置实现定位，定位设备结构简易、可拆卸，可应用于海水中潜行器定位。
59.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述水下低频电磁波定位方法包括如下步骤：(1)分别在两个不同已知位置船上同时架设低频电磁波发射系统，电磁波发射频率分别为10hz和100hz；(2)在水下布置端头裸露于水中的电极，电极通过导线与船上发射系统连接；(3)在潜航器上安装一套电磁波接收系统，接收天线为端头裸露于水中的电极；(4)通过水深传感器计算潜航器深度，确定深度信息后通过matlab计算水下长直导线发射源在潜航器所处平面辐射场点ey分量幅值；(5)获取接收系统接收到的电压信号，分离出10hz与100hz两个特定频点的电压信号；(6)由5中两个电压信号幅值计算电场ey分量幅值；(7)6中计算结果与4中计算结果作对比，获得两发射源在接收点的等值线；(8)求取等值线交点，由于两发射源坐标位置已知，故等值线交点即为接收点坐标。2.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤1中，所述低频电磁波发射系统都包括发射控制系统、驱动系统和供电系统。3.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤1中，所述低频电磁波发射系统共有两个，两个低频电磁波发射系统分别架设不同已知位置并发射不同频点的电磁波，分别为10hz和100hz。4.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤2中，在水下布置两端端头裸露于水中的导线，与船上设备连接，所述导线与船上的设备连接，所述供电系统给导线供电，给导线供电后可等效成电偶源，在周围空间形成电磁场，实现在水中发射低频电磁波。5.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤2中，所述电偶源形成的电磁场强度为：述电偶源形成的电磁场强度为：6.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤3中，在潜航器上安装用于探测接收点的电磁场各分量大小的电磁波接收系统，所述电磁波接收系统内设置有用于确定潜航器所在位置深度的水深传感器。7.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤3中，电磁波接收系统设置有计算机、放大模块、滤波模块、模数转换模块，电磁波同时被潜行器上的接收系统接收，经过放大、滤波、模数转换后进入计算机数据处理。8.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤4中，通过水深传感器获取潜航器深度信息，代入matlab程序计算潜航器所处平面辐射场分布，获得各个场点ey分量幅值。9.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤5中，对接收系统接收到的信号进行滤波，傅里叶变换，分离出两个发射源特定频点电压信号。10.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤6中，电场分量幅值与电压信号幅值换算公式为e＝u/d，d为接收端两电极之间距离。
11.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤7中，步骤6中计算结果在步骤4中计算结果作对比，找出步骤4计算结果中与步骤6计算结果误差小于1e-8的点，用搜索到的点做等值线。12.根据权利要求1所述的一种水下低频电磁波定位方法，其特征在于：所述步骤8中，用步骤7中绘制得到的两条等值线，求取两等值线的交点，由于两发射源坐标位置已知且等值线只有一个交点，故该交点即为接收点坐标位置。

技术总结
本申请公开了一种水下低频电磁波定位方法，所述方法包括如下步骤：1、在船上架设低频电磁波发射系统；2、在水下布置端头裸露于水中的电极；3、在潜航器上安装一套电磁波接收系统；4、程序计算发射源辐射场点电磁各分量幅值；5、获取并处理接收到的电压信号；6、计算电场Ey分量幅值；7、获得两发射源在接收点的等值线；8、求取等值线交点，交点即为接收点坐标。本申请通过在船上架设发射系统并在水下布置两个端头裸露于水中的导线以等效成电偶源，在周围形成电磁场，在潜行器上装备电磁波接收系统，根据接收点的电场分量大小，确定接收点与两个发射源的相对位置实现定位，定位设备结构简易、可拆卸，可应用于海水中潜行器定位。可应用于海水中潜行器定位。可应用于海水中潜行器定位。


技术研发人员：刘长胜 曾令军 张子超 李飞扬
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/28