[发明专利]一种浮标式声电磁集成探测装置

权利要求书

1.一种浮标式声电磁集成探测装置，其特征在于，包括球型水密仪器舱，所述球型水密仪器舱上部为透明玻璃钢材质，所述球型水密仪器舱下部为无磁材质，位于水下；还包括位于球型水密仪器舱外周的环形杆结构，用于对所述浮标式声电磁集成探测装置进行布放和回收；在所述球型水密仪器舱的下方配置有垂向仪器舱，所述垂向仪器舱呈细长锥杆结构；还包括位于垂向仪器舱上方围绕其外周设置的多个水平拉杆；所述水平拉杆用于保持探测装置的结构稳定平衡性；

还包括声电磁测量单元，用于测量水体的声、电、磁信号；数采及通讯单元，用于将测量到的声、电、磁信号传输到外部；供电单元，包括锂电池及供电管理模块；所述供电管理模块包括电源管理器、及MPPT控制器，用于对所述浮标式声电磁集成探测装置进行供电，以及状态监控单元，用于对所述浮标式声电磁集成探测装置进行监控；

所述测量单元包括用于测量水体的声压信号的水听器，所述水听器设置在所述垂向仪器舱中；还包括用于测量水体的磁场强度信号的三分量磁通门传感器，所述三分量磁通门传感器设置在所述球型水密仪器舱中；还包括电极传感器；所述多个水平拉杆的每一个上都配置有电极传感器，在所述垂向仪器舱中也配置有电极传感器，所述电极传感器用于测量水体的电场强度信号。

2.根据权利要求1所述的一种浮标式声电磁集成探测装置，其特征在于，

所述数采及通讯单元配置在所述球型水密仪器舱中，其包括数采、数据预处理模块及通讯模块构成；数采、数据预处理模块包括差分采集模块，用于将所述电极传感器测量的信号传输至前置放大器，并进一步传输至AD变换模块；所述AD变换模块将接收到的模拟信号转化成数字信号并传输给数字信号处理器进行有效信号提取后，再通过通讯模块输送至外界。

3.根据权利要求2所述的一种浮标式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述供电单元配置在所述球型水密仪器舱中；所述锂电池用于自持供电，还包括太阳能板用于接收太阳能，所述供电管理模块用于实现太阳能供电和自持供电的协同管理；所述MPPT控制器用于实时跟踪太阳能板中的最大功率点以发挥太阳能板的最大功效。

4.根据权利要求1所述的一种浮标式声电磁集成探测装置，其特征在于，所述状态监控单元包括配置在所述垂向仪器舱中的压力传感器，用于监测所述浮标式声电磁集成探测装置所处位置的深度；还包括位于所述球型水密仪器舱内的姿态传感器和温度传感器，所述温度传感器用于监控所述浮标式声电磁集成探测装置所处位置的温度信息，所述姿态传感器用于监控所述浮标式声电磁集成探测装置的姿态信息，以便进行信号校正。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种浮标式声电磁集成探测装置的探测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)利用声电磁测量单元的水听器进行测量，获得声压信号p；

2)利用声电磁测量单元中位于水平拉杆上的4只电极传感器以及位于垂向仪器舱中的2只电极传感器获取6只电极信号，对信号进行预处理，获取测量点处电场强度信号；取处于同一平面的水平拉杆上的电极传感器按圆周顺序分别为1、2、3、4号，并定义由3号至1号为x方向，4号至2号为y方向，取垂向仪器舱中上方的电极传感器为5号电极，取垂向仪器舱中下方的电极传感器为6号电极，定义5号至6号为z轴正方向；4号电极距下方电平面距离为h，1号、3号及2号、4号电极之间距离为d；5、6号电极间的距离为h，各电极电位信号为则各电极各方向电场强度表达式为：

3)利用位于所述球型水密仪器舱中的三分量磁通门传感器获取三分量磁通门信号；

4)利用位于所述球型水密仪器舱中的姿态传感器信号对所述电场强度、三分量磁通门信号进行校正，获取测量点三分量磁场强度和电场强度；

5)将声、电、磁特征信号通过卫星通讯实现数据无线传输。

6.根据权利要求5所述的一种浮标式声电磁集成探测装置的探测方法，其特征在于，利用所述姿态传感器对电场强度信号进行校正，包括4个步骤：

①根据姿态传感器倾角参数，计算倾角变换后的修正值：

E_倾角修正＝T_q·E_测量值 (2)

其中，其中T_q为倾角变换矩阵，由所述姿态传感器提供；

②倾角传感器与电极理想坐标轴之间的理想轴偏误差修正：

E_{理想轴偏修正}＝T_x·T_y·T_z·E_倾角修正 (3)

其中，T_x，T_y，T_z为绕理想正交三轴旋转矩阵；

③电极理想坐标轴与实际三轴不正交修正：

E_{实际轴偏修正}＝T·E_{理想轴偏修正} (4)

其中，T为电极传感器三轴不正交修正矩阵；

④灵敏度及零偏修正：

E_输出＝K·E_{实际轴偏修正}+E₀ (5)

其中，K为灵敏度校正矩阵，E₀为零偏校正矩阵；

对所述三分量磁通门信号重复电场强度信号处理方式，可得最终磁场强度修正值为：

B_修正值＝K·T·T_x·T_y·T_z·T_q·B_实测值+B₀ (6)

其中，B₀为零偏校正矩阵。