本發(fā)明屬于電磁感應(yīng)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用磁芯線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水面/水下移動(dòng)目標(biāo)的偵測(cè)。

背景技術(shù)：

目前，世界各國(guó)探測(cè)水下目標(biāo)的主要手段是聲納，但是隨著潛艇靜音技術(shù)的提高以及小型潛航器的發(fā)展，聲納探測(cè)變得更加困難。而不論水下、還是水面目標(biāo)，由于大量采用磁性材料，其磁性難以消除。在水底鋪設(shè)磁芯線(xiàn)圈傳感器，當(dāng)磁性目標(biāo)通過(guò)傳感器附近時(shí)會(huì)擾動(dòng)磁場(chǎng)分布，使得磁芯線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生異常變化，從而在磁芯線(xiàn)圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)，將該信號(hào)檢測(cè)出，并利用小波分析等信號(hào)處理手段將檢測(cè)信號(hào)中的海洋背景干擾排除，從而達(dá)到識(shí)別磁性動(dòng)目標(biāo)的目的。

此外，磁芯線(xiàn)圈還可以探測(cè)無(wú)磁目標(biāo)，因?yàn)闊o(wú)磁目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必然會(huì)擾動(dòng)海水，導(dǎo)電介質(zhì)的異常擾動(dòng)也必然產(chǎn)生磁異常信號(hào)。

聲納是利用聲波在水下的傳播特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下目標(biāo)測(cè)距、定位的一種技術(shù)。聲納探測(cè)存在其固有的缺點(diǎn)：主動(dòng)式聲納往往因?yàn)槿菀讓⑵浔旧淼奈恢帽┞督o對(duì)方，而使軍方采用時(shí)有所顧忌；被動(dòng)式聲納只有在目標(biāo)發(fā)出相對(duì)較大的噪聲時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，確定聲源位置，并鑒別是否為被測(cè)目標(biāo)發(fā)出的。

機(jī)載磁探儀可用于探測(cè)水下目標(biāo)。反潛直升機(jī)在巡邏時(shí)，其尾部吊裝磁探儀(一種測(cè)量磁感強(qiáng)度的磁強(qiáng)計(jì))；發(fā)現(xiàn)磁力分布異常后，就近飛2條正 交的航線(xiàn)，立刻就可以測(cè)量出潛艇的位置、深度和噸位。該技術(shù)相對(duì)于聲納具有定位精度高、不受淺海復(fù)雜環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，但是作用距離短，一般只有幾百米，對(duì)小型、弱磁目標(biāo)難以探測(cè)，對(duì)磁強(qiáng)計(jì)的精度要求很高，無(wú)法長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、隱蔽監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁芯線(xiàn)圈的水面/水下目標(biāo)的探測(cè)系統(tǒng)，該探測(cè)系統(tǒng)基于法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)在水底等間距鋪設(shè)磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈，當(dāng)水下移動(dòng)磁性目標(biāo)經(jīng)過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈上方或附近區(qū)域時(shí)，引起線(xiàn)圈內(nèi)磁通量的變化，磁通的變化在感應(yīng)線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)對(duì)感生電動(dòng)勢(shì)的分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水下移動(dòng)目標(biāo)的持續(xù)被動(dòng)偵測(cè)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于磁芯線(xiàn)圈的水面/水下目標(biāo)的探測(cè)系統(tǒng)方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水面或水下的移動(dòng)目標(biāo)(包括無(wú)磁目標(biāo))實(shí)施不間斷地偵測(cè)，判斷目標(biāo)特性，發(fā)出相應(yīng)提示和預(yù)警信號(hào)。

此外，本發(fā)明的再一目的在于提供一種磁芯線(xiàn)圈在水面/水下目標(biāo)探測(cè)中的應(yīng)用。該應(yīng)用通過(guò)多個(gè)磁芯線(xiàn)圈在水中或水底的配合設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了水面/水下目標(biāo)的移動(dòng)探測(cè)。

本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種基于磁芯線(xiàn)圈的水面/水下目標(biāo)的探測(cè)系統(tǒng)的探頭部分，包括在待探測(cè)的水下區(qū)域內(nèi)等間距平行鋪設(shè)的若干磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈組。其中，每個(gè)磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈組通過(guò)主線(xiàn)纜獨(dú)立連接到陸地的信號(hào)處理系統(tǒng)，信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)采集的各感應(yīng)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，確定目標(biāo)的位置、移動(dòng)速度與磁性大小的數(shù)據(jù)信息，并據(jù)此數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提示或預(yù)警。

其中，每個(gè)磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈組包含若干(大于等于2)平行且等間距鋪設(shè)的磁芯線(xiàn)圈對(duì)，每個(gè)磁芯線(xiàn)圈對(duì)包含3個(gè)(Cxn，Cyn，Czn)互相垂直但不相連的細(xì)長(zhǎng)圓柱形磁芯線(xiàn)圈，所有磁芯線(xiàn)圈對(duì)的同方向鋪設(shè)磁芯線(xiàn)圈 (Cx1～Cxn；Cy1～Cyn；Cz1～Czn)串聯(lián)設(shè)置，繞線(xiàn)方向也必須一致。

其中，每個(gè)磁芯線(xiàn)圈組內(nèi)的磁芯線(xiàn)圈對(duì)的鋪設(shè)方向與磁芯線(xiàn)圈組的鋪設(shè)方向一致。

其中，每個(gè)磁芯線(xiàn)圈組內(nèi)的線(xiàn)圈Cx1～Cxn和Cy1～Cyn均處于海底，且水平鋪設(shè)，線(xiàn)圈Cz1～Czn豎直扎進(jìn)海底，上端與水平鋪設(shè)線(xiàn)圈所在平面齊平。

其中，磁芯線(xiàn)圈為帶坡莫合金磁芯的螺繞線(xiàn)圈，呈細(xì)長(zhǎng)圓柱形。

其中，磁芯線(xiàn)圈的長(zhǎng)度L在400mm～2000mm取值，坡莫合金磁芯直徑在10mm～80mm之間取值，且長(zhǎng)徑比L/d必須大于25，磁芯線(xiàn)圈繞線(xiàn)匝數(shù)在2000～30000之間取值。

其中，水面/水下目標(biāo)為移動(dòng)的磁性目標(biāo)或無(wú)磁目標(biāo)。

其中，所述水面/水下目標(biāo)為潛水艇、魚(yú)雷、無(wú)人潛航器、蛙人、大型水下動(dòng)物、水面船舶等。

本發(fā)明可用于水下目標(biāo)探測(cè)、預(yù)警，尤其是低噪聲、小型、無(wú)磁目標(biāo)，以及港口船舶流量統(tǒng)計(jì)等方面。

本發(fā)明的探測(cè)系統(tǒng)基于法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)在水底等間距鋪設(shè)磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈組，當(dāng)水下移動(dòng)磁性目標(biāo)經(jīng)過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈上方或附近區(qū)域時(shí)，引起線(xiàn)圈內(nèi)磁通量的變化，磁通的變化在感應(yīng)線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)對(duì)感生電動(dòng)勢(shì)的分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水下移動(dòng)目標(biāo)的持續(xù)被動(dòng)偵測(cè)。本發(fā)明的方法具有以下特點(diǎn)：1)全被動(dòng)探測(cè)，隱蔽性好；2)無(wú)需消耗能源，無(wú)電力傳輸問(wèn)題；3)系統(tǒng)可長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行，全天候偵測(cè)，不受水紋天氣影響；4)低成本，高可靠；5)磁芯線(xiàn)圈尺寸較小，便于水下鋪設(shè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于磁芯線(xiàn)圈的水面/水下目標(biāo)的探測(cè)系統(tǒng)示意圖；其中，1－陸地；2－海岸；3－港口或管制水域；4－鋪設(shè)于水底的磁芯線(xiàn)圈組；5－鋪設(shè)于水底的信號(hào)傳輸主線(xiàn)纜；6－外海；7－岸上信號(hào)處理系 統(tǒng)。

圖2為本發(fā)明中一個(gè)磁芯線(xiàn)圈組的結(jié)構(gòu)與電連接示意圖。其中，Cx1～Cxn為一個(gè)線(xiàn)圈組所包含的n(n大于等于2)個(gè)x方向水平磁芯線(xiàn)圈；Cy1～Cyn為一個(gè)線(xiàn)圈組所包含的n個(gè)y方向水平磁芯線(xiàn)圈；Cz1～Czn為一個(gè)線(xiàn)圈組所包含的n個(gè)z方向豎直磁芯線(xiàn)圈；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于磁芯線(xiàn)圈的水面/水下目標(biāo)的探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，該說(shuō)明僅僅是示例性的，并不旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

假設(shè)一管制水域入口寬度為1.5km，最大水深為10m。現(xiàn)需要持續(xù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)出該水域運(yùn)行速度大于0.8m/s，磁矩大于100A.m²的水面/水下目標(biāo)的數(shù)量。為了解決該問(wèn)題，參照?qǐng)D1和圖2，在該港口5km寬入口的水底等間距鋪設(shè)磁芯線(xiàn)圈組(圖1中標(biāo)示為4)。

1、每個(gè)磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈組4通過(guò)主線(xiàn)纜(圖1中標(biāo)示為5)獨(dú)立連接到陸地1的信號(hào)處理系統(tǒng)7，信號(hào)處理系統(tǒng)7對(duì)采集的各感應(yīng)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，識(shí)別出目標(biāo)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2、本實(shí)例只要求統(tǒng)計(jì)水面/水下目標(biāo)的流量,對(duì)目標(biāo)位置定位精度不作要求,則磁芯線(xiàn)圈組間距主要依據(jù)單線(xiàn)圈組的最大探測(cè)距離來(lái)確定，其取值范圍為10m～60m。

3、每個(gè)磁芯感應(yīng)線(xiàn)圈組包含4個(gè)平行且等間距(20m～50m)鋪設(shè)的磁芯線(xiàn)圈對(duì)，每個(gè)磁芯線(xiàn)圈對(duì)包含3個(gè)(Cxn，Cyn，Czn)互相垂直但不相連的細(xì)長(zhǎng)圓柱形磁芯線(xiàn)圈，所有磁芯線(xiàn)圈對(duì)的同方向鋪設(shè)磁芯線(xiàn)圈(Cx1～Cxn；Cy1～Cyn；Cz1～Czn)串聯(lián)設(shè)置，繞線(xiàn)方向也必須一致。

4、每個(gè)磁芯線(xiàn)圈組內(nèi)的磁芯線(xiàn)圈對(duì)的鋪設(shè)方向與磁芯線(xiàn)圈組的鋪設(shè)方向一致，即圖2中所示笛卡爾坐標(biāo)系的x方向。

5、每個(gè)磁芯線(xiàn)圈組內(nèi)的線(xiàn)圈Cx1～Cxn和Cy1～Cyn均處于海底，且水 平鋪設(shè)，線(xiàn)圈Cz1～Czn豎直扎進(jìn)海底，上端與水平鋪設(shè)線(xiàn)圈所在平面齊平。

6、磁芯線(xiàn)圈設(shè)計(jì)為帶坡莫合金磁芯的螺繞線(xiàn)圈，呈細(xì)長(zhǎng)圓柱形。

7、磁芯線(xiàn)圈的長(zhǎng)度L在1200mm～1800mm取值，坡莫合金磁芯直徑在40mm～70mm之間取值，長(zhǎng)徑比L/d取為30，磁芯線(xiàn)圈繞線(xiàn)匝數(shù)在8000～15000之間取值。

本發(fā)明所描述的方法可以通過(guò)磁通感應(yīng)的方式獲取被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)信息和本征信息。本專(zhuān)利所采用的非聲探測(cè)技術(shù)，首先具有非接觸的特點(diǎn)，該探測(cè)系統(tǒng)利用被測(cè)物本身的特有磁性信息以及被測(cè)物運(yùn)動(dòng)尾跡產(chǎn)生的磁性信息，不需要與被測(cè)物體接觸，即可判斷被測(cè)物體本征信息；其次，該探測(cè)系統(tǒng)無(wú)需供電，對(duì)于海底探測(cè)的一個(gè)重要問(wèn)題就是能源供給，而本系統(tǒng)的磁通感應(yīng)線(xiàn)圈完全不需要供電，避免本身系統(tǒng)的維護(hù)供給的同時(shí)也避免外來(lái)設(shè)備的破壞和探測(cè)；本系統(tǒng)為被動(dòng)系統(tǒng)，不會(huì)因?yàn)橹鲃?dòng)發(fā)射任何探測(cè)信號(hào)，只有在被測(cè)物靠近至一定范圍才會(huì)有感應(yīng)，所以該探測(cè)系統(tǒng)很難被偵測(cè)；本系統(tǒng)同時(shí)具有方便布設(shè)的特點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜的海底環(huán)境，該系統(tǒng)布設(shè)簡(jiǎn)單，成本低廉，探測(cè)效果優(yōu)良。

盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。