[发明专利]应用盲信号检测的主成分分析的埋地物体定位和跟踪方法及系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及定位和追踪埋地物体(buried object)的系统，更具体地，涉及以主动和被动盲信号检测的各种组合方式同时检测和追踪几个埋地物体的系统。

背景技术

存在很多情况，在这些情况中，期望定位埋地设备例如管道和电缆。例如，在开始任何包括挖掘的新的工程之前，重要的是定位现有的地下设备，例如地下电力线、燃气管线、电话线、光纤电缆管道、有线电视(CATV)电缆、喷灌控制布线、水管、排水管等，在本文中共同地和分别地命名为“埋地物体”。如本文中所使用的，术语“埋地物体”包括位于墙里的物体、多层建筑中地板间或铸造在混凝土板层中的物体、以及例如部署在地表下的物体。如果挖掘设备例如反铲挖土机(backhoe)碰到了高压线或燃气管线，就可能引起各种伤害和财产损失。水主干线和排水管的非故意切断通常导致脏乱和费用浩大的清理工作。电力线和数据电缆的非故意毁坏可能严重地干扰居民生活的舒适和便利，并给行业带来巨大的财政费用。

因此，在本领域的技术人员已经提出了对于埋地物体定位问题的很多解决方案。例如，可以通过感应由物体发射的任何电磁信号而“被动地”定位埋地物体。一些电缆象电力线和一些通信线路已经被施加电压，因而特征在于电磁信号的发射，该电磁信号可以体现为延伸的电磁场。可以通过首先将外部电磁信号施加给物体并从而对物体施加电压以使其表现为部分外部电磁信号发射的特征，对其他的埋地物体例如传导线和管道“主动地”定位。例如，频率为大约4Hz至500kHz范围内的外部电信号源具有众所周知的用途：当提供有外部传导性地连接至被搜索物体的装置时，对传导物体施加电压以允许它们被动定位。埋地长导体的主动/被动定位通常称为“线追踪(line tracing)”。

探测器(sonde)(通常还称为发射机、无线电发送器或管道探针(ductprobe))是外部电信号源的另一实施例，该外部电信号源具有众所周知的用途：标记非传导埋地物体以允许它们的被动定位。探测器一般包括围绕铁磁体磁心的线匝，封装该铁磁体磁心以嵌入埋地非传导管道中，例如塑料应用跑道或混凝土水管。可以利用标准电源在期望频率对线圈施加电压，通常在大约4Hz至500kHz范围内。探测器可以连接至推进电缆(pushcable)或推进线路(push line)或者其可以是独立的，从而其可以进入具有水的管道中。探测器产生了比由带电线路(energized line)产生的电磁场更复杂和局部化的电磁场，并通过利用这些复杂性可以局限于单个点。对于单点局部化(single-point localizing)有用的一般的低频探测器并不强耦合至其他物体，从而避免了复杂和无法预测的干扰场的产生。本文中所使用的术语“埋地物体”还包括外部埋地探测器以及被动标记器(passivemarker)，例如，由Galloway在美国专利No.5,699,048或Bolson在美国专利No.4,712,094中描述的被动标记器。

在挖掘之前定位埋地物体时，进一步期望判断物体的大致深度。这一般通过测量两个位置处的特征发射场强度并分析差异而进行。

存在很多情况，在这些情况中，将被挖掘的土地可以被几种不同的公用设备所横越或者交叉，例如，AC电缆、水管、燃气管道、排水管和通信线路。非常期望能够判断它们的路径并同时判断它们的深度。本领域公知的一些发射机可以为相同地下物体或者甚至不同地下物体的应用产生不同频率的几种不同信号，但是当几个管道定位在相同区域并且需要所有管道的位置时，这些系统的问题就产生了。由几个管道发射的信号可能相互干扰并使检测过程变得复杂。

很多技术人员提出了对于这样的多信号检测和分离问题的各种解决方案。例如，在美国专利No.5,264,795，Rider公开了一种定位系统，其在发射机载波中包括编码的数字或模拟信号以有利于在该主动定位期间对于管道进行确认。Rider既未考虑也未表明相关的被动定位问题的解决方案。更近地，在美国专利No.6,211,807中，Wilkison公开了一种系统，其主动定位以在于施加在物体上的扩频信号发射为特征的埋地电传导物体。尽管因为改进的信噪比(SNR)和扩频信号处理的其他优势，Wilkison的系统在“噪音”出现时对具体埋地物体的主动定位具有优势，“噪音”包括来自其他埋地物体的其他信号发射，但是这些优势不能应用在相关的被动定位问题中。