[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

说明书

本发明目的在于公开一种针对海底缆线的无人艇走航式无源电磁探测系统及定位方法，海缆探测传感器配置主要包括一套电磁探测系统、一套对底探测高度计及航行器导航系统。设计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，进而完成无人艇探测平台的往复航行和海缆路由点的无人化定位。本发明所设计海缆探测及定位方法相较于目前工程实践中使用的方法，具有成本低、效率高、精度高、无人力资源消耗等优点。

技术领域

本发明涉及海洋工程与技术领域，涉及到海底缆线系统的检测及维护领域，更具体的为，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。

背景技术

海底缆线主要包括海底电缆、海底光缆及海底光电复合缆。海底光缆通信由于其大容量、高质量、低价格等优势成为国际间最主要的通信手段，占据了全球95％以上的国际间数据通信量。随着5G、云业务等互联网相关业务的迅速发展对数据通信的爆炸式增长需求，对海底光缆带宽及数量的需求迅速增加。海底电缆在海洋风力发电、岛屿间电力传输等电能传输领域发挥着巨大作用。海底缆线经常受到地震、抛锚等自然和人为因素的干扰，而经常处于损伤、断裂、悬置等非正常运行工况，因此需要实时更新海缆的路由位置信息，以为海缆维护作业提供依据。目前工程实践中多采用水面船舶作为探测平台、手持电磁探测器的形式，以往复走航式的方式对海缆路由点进行探测；基于探测人员观察电磁异常的反馈，并结合无人船的GPS经纬度信号反馈，从而大致确定海缆路由点的大致经纬度信息。该种传统探测方法通过水面船舶由探测人员进行探测作业，因此该种作业方法存在探测精度低、人员依赖度高、不能确定海缆路由点的埋设或暴露状态等问题。

论文“海缆埋设深度检测技术的研究”(《电线电缆》，2005,3(3):38-42)、论文“海底光缆路由跟踪系统设计与实现”(学位论文，华中科技大学)论文“基于磁信号引导的水下机器人海缆自动跟踪技术研究”(学位论文，华中科技大学)公开了一种海缆路由近距离跟踪覆盖式路由定位方法。所公开探测系统主要包括两个同构的三轴电磁探测传感器。所述对比文件基于不同的前提假设，推导了一种基于相同传感器配置方案的海缆路由定位算法，主要包括偏航角度、横向偏距、垂向偏距定位算法。然而该种海缆探测和定位算法基于理想的海缆电磁信号，而电磁探测平台和水下复杂电磁环境所带来局部电磁噪声难以避免，因此所公开的海缆探测和定位算法在工程实践中多出现海缆定位结果漂移不稳定、探测平台跟踪丢失等问题。因此，走航式探测方法基于一系列多点位的电磁探测序列组对一个海缆路由点进行定位，具有较强的容错性和鲁棒性，是目前工程实践中常用的海缆探测及定位方法。

发明内容

本发明针对现有工程实践中走航式海缆路由探测和定位中存在的不足和缺陷，设计了一套基于电磁探测传感器的无人艇海缆智能探测及定位方法，以提高海缆探测和定位精度，提高探测工作效率，减小人力等资源消耗。本发明设计包含了对海缆探测的硬件配置方案、探测流程设计、智能定位算法。本发明为海缆运行维护作业提供了一套符合海洋工程实践、无人化的自主探测系统，旨在准确探明海底缆线的路由点经纬度信息和埋设深度。

本发明所解决的技术问题主要包括走航式海缆(海底缆线)电磁探测传感配置方案设计、规划与探测一体化流程设计、海缆路由智能定位算法设计。本发明所采用的技术方案：

1、走航式海缆(海底缆线)无源电磁探测系统，系统传感配置方案灵活可选，该套探测系统的标准配置主要包括一个三轴正交电磁探测器或两个单轴电磁探测传感器、一个对底探测高度计、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，用于给出探测平台在水下航行的实时位置和姿态)。