[发明专利]基于三轴地磁传感器的海洋监测浮标防避碰系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋监测浮标用实时监测附近5公里以内船只动向的防避碰系统，具体涉及一种通过监测浮标周围磁场扰动变化从而推断5公里以内是否有船只靠近并实时监测靠近船只的动向的系统——基于三轴地磁传感器的海洋监测浮标防避碰系统及方法。

背景技术

随着我国海洋强国战略、“一带一路”战略的实施、“中国制造”向“中国创造”的转变以及走向深蓝海等多个方面的发展，亟需海洋环境监测浮标为海洋气象预报、海洋环境监测、海洋剖面数据观测等多个领域提供支持和保障，而海洋环境监测浮标作为海上无人值守的平台，其可靠性和安全性能得到国家海洋局、国家气象局等浮标用户的重视。

当前，海洋监测浮标作为一种重要的自动海洋观测站，能在恶劣的海洋环境下具有独立生存的能力。但近年来，随着浮标数量逐步增多，布放距离逐步远离大陆，受到的意外因素（被大船撞击致使浮标突然断电无数据）和人为破坏（有预谋的破坏浮标的供电系统、GPS和通讯系统）的浮标开始增多。为了更好地监控浮标附近船只的动向，在船只靠近浮标时，浮标能及时掌握船只的方位和距离并将信息发回岸边，方便浮标端及时发出警报和岸边值班人员及时采取相应措施，保障海洋监测浮标的安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用三轴地磁传感器监测浮标周围磁场扰动变化从而监控浮标附近船只动向的系统，可用于海洋环境监测浮标安全预警，提高我国海洋浮标的安全性能，并为我国浮标遭遇破坏提供有效证明数据。

基于三轴地磁传感器的海洋监测浮标防避碰系统，包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴地磁传感器、与它们连接的浮标原始磁场模型、与三轴加速度计和三轴陀螺仪连接的姿态校正模型、与三轴地磁传感器和姿态校正模型连接的磁场数据采集处理模块、与磁场数据采集处理模块连接的船只运动状态解析模型、与浮标原始磁场模型和磁场数据采集处理模块相连的浮标磁场扰动解析模型，船只运动状态解析模型与浮标磁场扰动解析模型和磁场数据采集处理模块相连，将解析后的浮标磁场状态信息和船只靠近预警信息输出给存储输出模块。

所述三轴地磁传感器，用于监测浮标周围三轴的磁通量参数，包括三个地磁芯片和一个处理芯片；

所述浮标原始磁场模型获取模型，用于系统手动或自动获取浮标原始磁场模型，包含手动开关，原始磁场模块建立单元；

所述地磁数据处理模块，用于提取三轴磁通量数据，包含X、Y、Z三轴的磁通量参数，进行滤波处理后以5Hz频率输出；

所述姿态修正模块，用于消除因浮标姿态对三轴磁通量数据的影响，包含三轴加速度和三轴陀螺仪单元；

所述浮标磁场扰动解析模型模块，用于通过捕捉三轴磁通量数据的扰动变化，根据磁场扰动解析模型，解算出附近是否有船只靠近，包含浮标标准磁场模型、距离解析模型；

所述运动析模型，用于解算附近船只的运动状态，包含运动解算模型、反馈校正模型；

所述数据存储输出模块，用于将三轴地磁、三轴加速度、三轴陀螺仪原始数据及处理后的预警信息进行存储备份，并输出至指定终端。

本技术方案能够实时监控浮标周围三轴磁通量变化，对数据进行姿态修正，通过三轴磁通量变化推算附近船只的运动状态，当船只离浮标距离低于500m时，向岸站发布预警信息。本系统成本低、功耗低、集成度高、易安装、误报率低，为浮标安全预警提供了有效手段，对海洋经济、海洋科技和新能源利用等多个领域的发展具有重要意义。

附图说明

图1 ：本发明基于三轴地磁传感器的海洋监测浮标防避碰方法步骤流程图；

图2 ：本发明基于三轴地磁传感器的海洋监测浮标防避碰系统原理示意图；

图3 ：本发明基于三轴地磁传感器的海洋监测浮标防避碰系统结构图。

其中：1.三轴地磁传感器；2.三轴加速度计；3.三轴陀螺仪；4.浮标原始磁场模型；5.姿态校正模型；6.磁场数据采集处理模块；7.浮标磁场扰动解析模型；8.船只运动状态解析模型；9.存储输出模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

如图2所示，通过安装在海洋环境监测浮标中的三轴地磁传感器、三轴加速度计、三轴陀螺仪测到的数据，实时监测浮标周围的磁场扰动变化，当附近有船只靠近，根据浮标周围磁场扰动变化解算附近是否有船只靠近，若监测到船只靠近，推算出船只的方位和航速，并及时向浮标主控发出警示信息。