[发明专利]一种无人艇走航式海底缆线无源电磁探测系统及定位方法

权利要求书

1.一种无人艇走航式海缆无源电磁探测系统定位方法，其特征在于：无人艇探测平台以往复走航式的航行方式进行海缆路由点的探测和定位，走航式航路由直线探测航路，即直线测线，和直线航路间的过渡航路组成，探测系统在直线测线段进行环境电磁信号采集，并基于采集到的电磁信号进行海缆路由点的定位解算，基于已探明的海缆路由点位置规划下一条测线上的关键航路点，进而完成探测平台的往复探测航行和海底缆线路由点的无人化定位。

2.一种无人艇走航式海底缆线无源电磁探测系统，所述探测系统主要包括一套三轴正交电磁探测传感器或两套单轴电磁探测传感器、一个对底探测高度计、导航系统，其特征在于：

a)电磁探测系统：用于在水平方向和垂直方向(即水平轴和垂直轴)两个互相垂直的方向感应海底缆线在水下空间辐射的电磁场、采集空间电磁信号；磁探测系统的组成较为灵活：可采用一套三轴正交电磁探测传感器，或两套单轴电磁探测传感器，即可满足水平轴和垂直轴方向上的探测需求；

b)电磁探测系统的安装方式：当采用一套三轴正交电磁探测传感器时，传感器的X、Y、Z三轴与探测平台X、Y、Z三轴分别平行，且传感器的作用中心点位于无人艇探测平台的左右对称平面内；当采用两套单轴电磁探测传感器时，其中一套传感器的轴线方向与探测平台的艏向即X轴平行，另外一套传感器的轴线方向与探测平台的Z轴方向平行，且两套传感器的作用中心点连线与探测平台的Y轴方向平行，两套传感器彼此紧密固连在一起；

c)高度计：用于实时探测无人艇探测平台距离海床表面的高度距离，结合海缆路由点定位结果确定海缆路由点的埋设深度；高度计探测数据将与磁探测系统的采集数据按照时间戳一一对应，并在海缆路由点定位算法执行过程中用于辅助定义兴趣区域；

d)导航系统：导航系统用于确定无人艇探测平台在大地坐标系下的绝对位置，即经/纬度信息，并将绝对位置与电磁探测信息、高度计信息按照时间戳一一对应；针对水面无人航行器，导航系统为GPS或北斗定位系统；针对水下无人艇体，导航系统指组合导航系统，具体包括多普勒计程仪、惯性导航单元等传感器。

3.一种基于权利要求2所述的无人艇走航式海底缆线无源电磁探测系统的海缆路由定位方法，该海缆定位方法包括海缆路由点定位优化算法、海缆路由点预测算法、走航式航路点规划算法，其特征在于：

a)海缆路由点定位优化算法：基于群体智能优化算法，以粒子群优化算法为例，将群体中的每个个体作为潜在的海缆路由点，群体中个体的更新迭代算法如下：

其中，v_i(t)和v_i(t+1)分别为t时刻和(t+1)时刻的i号个体的位置更新速度；x_i(t)和x_i(t+1)分别为i号个体t时刻和(t+1)时刻的空间位置，即代表潜在的海缆路由点空间位置；w、c₁和c₂均为非负常数，分别表示惯性因子、个体加速常数和群体加速常数，分别会影响群体寻优的速度、个体和群体寻优加速的能力；ROI为兴趣区域，用于限定个体迭代过程的位置更新；

b)海缆路由点预测算法：该算法用于预测下一条测线上海缆路由点的位置坐标，并进而用于走航式航路点规划；针对第2个海缆路由点及之后海缆路由点的位置预测算法给定如下：

其中，和分别为第2个海缆路由点和之后海缆路由点的预测位置坐标；和分别为已探测到的第1个即第i个海缆路由点的位置；和分别为指定的第一个和第二个航路点的坐标；和分别为第一个海缆路由点到第二个预测海缆路由点向量的航向角、已探明海缆路由点到下一预测海缆路由点向量的航向角；ρ为指定的两个海缆路由点之间的距离，即两条相邻直线航路间的距离；

c)走航式航路点规划算法：该算法用于规划下一条测线以便探测平台能以走航式往复探测海底缆线，包括测线上的关键航路点及测线的航向；算法给定如下：

其中，为下一条测线上的关键航路点，Ψ_d∈[-π,π]为下一条测线的航向，为已探明海缆路由点到下一预测海缆路由点所连直线在大地坐标系下的斜率。