阅读说明：本技术 水下磁目标分布式搜索方法 (Underwater magnetic target distributed searching method ) 是由 秦杰 王春娥 王同雷 万双爱 江薇 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种水下磁目标分布式搜索方法,该方法包括：探测水下磁目标初始位置范围和无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离；计算水下磁目标最大逃逸范围的半径；发射第一无人机组和第二无人机组；第一无人机组沿第一环线进行搜索,第二无人机组沿第二环线进行搜索,判断无人机组是否发现水下磁目标；在进行环线搜索的同时抛撒磁浮标,判断磁浮标搜索环是否发现水下磁目标；若无人机组、或磁浮标搜索环发现水下磁目标则搜索结束,反之,无人机组转入同向平行搜索直至无人机组或磁浮标搜索环发现磁目标则搜索结束。应用本发明的技术方案,能够解决现有技术中磁目标搜索方法搜索时间长、搜索效率低、易丢失磁目标的技术问题。(The invention provides a distributed searching method for an underwater magnetic target, which comprises the following steps: detecting the distance between the initial position range of the underwater magnetic target and the distance between the unmanned aerial vehicle carrying platform and the initial position range of the underwater magnetic target; calculating the radius of the maximum escape range of the underwater magnetic target; transmitting the first unmanned aerial vehicle set and the second unmanned aerial vehicle set; the first unmanned aerial vehicle set searches along the first loop, the second unmanned aerial vehicle set searches along the second loop, and whether the unmanned aerial vehicle set finds an underwater magnetic target or not is judged; when loop line search is carried out, the magnetic buoy is scattered, and whether the magnetic buoy search loop finds an underwater magnetic target or not is judged; if the unmanned aerial vehicle set or the magnetic floating marker search ring finds the underwater magnetic target, the search is finished, otherwise, the unmanned aerial vehicle set is switched to the same-direction parallel search until the unmanned aerial vehicle set or the magnetic floating marker search ring finds the magnetic target, and the search is finished. By applying the technical scheme of the invention, the technical problems of long search time, low search efficiency and easy loss of the magnetic target in the magnetic target search method in the prior art can be solved.)

水下磁目标分布式搜索方法

技术领域

本发明涉及磁探测技术领域，尤其涉及一种水下磁目标分布式搜索方法。

背景技术

地磁场一般随时间、空间发生有规律的缓慢变化，当有磁性物质存在时，该物质本身所具有的磁场和在地磁场感应下的磁场均会叠加于地磁场上，使地磁场在一定区域内出现异常。地球陆地及海洋中蕴藏有大量金属矿产，水下军事装备如潜艇、水雷等主要由金属材料构成，其中的磁性物质均会导致周围地磁场出现异常。因此，通过检测与识别地磁场异常信息，实现磁性物质的探测与识别，在资源勘探、水下目标探测等领域应用广泛，是国民经济发展与国防建设亟需提升的关键核心技术。

磁探测系统具有定位精度高的显著特点，可应用于水下磁目标探测过程中的最终搜索定位环节。若传统采用一架有人机或无人机进行搜索，由于单架飞行平台搜索幅宽有限，需采用多次往复飞行进行搜索方式，搜索时间长，搜索效率低；同时，考虑水下磁目标的运动，存在在飞行平台往复飞行过程中丢失水下磁目标的风险。因此，现有技术中，传统磁探测系统的磁目标搜索方法存在搜索时间长、搜索效率低、易丢失磁目标的缺陷。

发明内容

本发明提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，能够解决现有技术中磁目标搜索方法搜索时间长、搜索效率低、易丢失磁目标的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，该水下磁目标分布式搜索方法包括：步骤一，探测水下磁目标初始位置范围，获取水下磁目标初始位置范围的半径并探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离；步骤二，根据水下磁目标初始位置范围的半径、水下磁目标运动速度、无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离和无人机的运动速度计算水下磁目标最大逃逸范围的半径；步骤三，无人机搭载平台发射第一无人机组和第二无人机组至水下磁目标最大逃逸范围与无人机搭载平台最近的位置；步骤四，第一无人机组沿第一环线进行搜索，第二无人机组沿第二环线进行搜索，第一环线的搜索范围和第二环线的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，判断第一无人机组或第二无人机组是否发现水下磁目标；在进行第一环线搜索和第二环线搜索的同时向水下抛撒磁浮标以形成覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周的磁浮标搜索环，判断磁浮标搜索环是否发现水下磁目标；步骤五，若第一无人机组、第二无人机组或磁浮标搜索环发现水下磁目标则水下磁目标的搜索结束；若第一无人机组、第二无人机组或磁浮标搜索环均未发现水下磁目标，第一无人机组和第二无人机组转入同向平行搜索直至第一无人机组、第二无人机组或磁浮标搜索环发现磁目标则水下磁目标的搜索结束，同向平行搜索的范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围中未被第一环线搜索、第二环线搜索和磁浮标搜索环覆盖的区域。

进一步地，步骤四中第一无人机组沿第一环线进行搜索，第二无人机组沿第二环线进行搜索具体包括：第一无人机组先沿第一方向搜索后沿第二方向搜索，第一方向和第二方向呈夹角设置，第二无人机组先沿第三方向搜索后沿第四方向搜索，第三方向和第四方向呈夹角设置。

进一步地，第一方向、第二方向、第三方向和第四方向分别与水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周相切，第一方向与第二方向之间的夹角为90°，第三方向与第四方向夹角90°，第一方向与第三方向之间的夹角为90°。

进一步地，步骤二具体包括：根据

计算水下磁目标最大逃逸范围的半径，其中，r₂是水下磁目标最大逃逸范围的半径，r₁是水下磁目标初始位置范围的半径，v_目是水下磁目标的最大运动速度，S是无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离，v_机机是无人机的运动速度，N是水下磁目标最大逃逸范围的扩散系数，N∈[1.5,2]。

进一步地，步骤四中第一无人机组包括多个第一无人机，第二无人机组包括一个第二无人机，在沿环线进行搜索时，多个第一无人机中的其中一个第一无人机和第二无人机的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，多个第一无人机中的其他第一无人机在水下磁目标最大逃逸范围内对水下磁目标进行搜索。

进一步地，步骤四中第一无人机组包括一个第一无人机，第二无人机组包括多个第二无人机，在沿环线进行搜索时，第一无人机和多个第二无人机中的其中一个第二无人机的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，多个第二无人机中的其他第二无人机在水下磁目标最大逃逸范围内对水下磁目标进行搜索。

进一步地，步骤四中第一无人机组包括多个第一无人机，第二无人机组包括多个第二无人机，在沿环线进行搜索时，多个第一无人机中的其中一个第一无人机和多个第二无人机中的其中一个第二无人机的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，多个第一无人机中的其他第一无人机和多个第二无人机中的其他第二无人机在水下磁目标最大逃逸范围内对水下磁目标进行搜索。

进一步地，步骤四中磁浮标的总数量为至少两个。

进一步地，步骤一具体包括：采用声纳探测水下磁目标初始位置范围，获取水下磁目标初始位置范围的半径并探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离。

进一步地，步骤四中第一环线搜索、第二环线搜索、磁浮标搜索和同向平行搜索均采用磁强计探测水下磁目标。

应用本发明的技术方案，提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，该水下磁目标分布式搜索方法通过无人机的环线搜索、磁浮标的搜索和无人机的同向平行搜索相结合的方式大幅提高了水下磁探测的效率，减小了水下磁目标丢失的风险。与现有技术相比，本发明能够解决现有技术中磁目标搜索方法搜索时间长、搜索效率低、易丢失磁目标的技术问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的水下磁目标分布式搜索方法示意图；

图2示出了根据本发明的另一具体实施例提供的水下磁目标分布式搜索方法示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一无人机组；11、其中一个第一无人机；12、其他第一无人机；20、第二无人机组；30、磁浮标。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，该水下磁目标分布式搜索方法包括：步骤一，探测水下磁目标初始位置范围，获取水下磁目标初始位置范围的半径并探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离；步骤二，根据水下磁目标初始位置范围的半径、水下磁目标运动速度、无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离和无人机的运动速度计算水下磁目标最大逃逸范围的半径；步骤三，无人机搭载平台发射第一无人机组10和第二无人机组20至水下磁目标最大逃逸范围与无人机搭载平台最近的位置；步骤四，第一无人机组10沿第一环线进行搜索，第二无人机组20沿第二环线进行搜索，第一环线的搜索范围和第二环线的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，判断第一无人机组10或第二无人机组20是否发现水下磁目标；在进行第一环线搜索和第二环线搜索的同时向水下抛撒磁浮标30以形成覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周的磁浮标搜索环，判断磁浮标搜索环是否发现水下磁目标；步骤五，若第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环发现水下磁目标则水下磁目标的搜索结束；若第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环均未发现水下磁目标，第一无人机组10和第二无人机组20转入同向平行搜索直至第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环发现磁目标则水下磁目标的搜索结束，同向平行搜索的范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围中未被第一环线搜索、第二环线搜索和磁浮标搜索环覆盖的区域。

应用此种配置方式，提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，该水下磁目标分布式搜索方法通过无人机的环线搜索、磁浮标的搜索和无人机的同向平行搜索相结合的方式大幅提高了水下磁探测的效率，减小了水下磁目标丢失的风险。与现有技术相比，本发明能够解决现有技术中磁目标搜索方法搜索时间长、搜索效率低、易丢失磁目标的技术问题。

进一步地，在本发明中，为了实现水下磁目标分布式搜索，首先探测水下磁目标初始位置范围，获取水下磁目标初始位置范围的半径并探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离。通常情况下，单个无人机进行磁探测的宽度明显小于水下磁目标的初始位置范围的半径。作为本发明的一个具体实施例，可以采用声纳探测水下磁目标初始位置范围，获取水下磁目标初始位置范围的半径并探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离。

此外，在本发明中，在获取水下磁目标初始位置范围的半径和探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离之后，根据水下磁目标初始位置范围的半径、水下磁目标运动速度、无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离和无人机的运动速度计算水下磁目标最大逃逸范围的半径。考虑到在无人机从无人机搭载平台飞至水下磁目标附近的过程中，水下磁目标随时可能进行逃逸，为了避免水下磁目标的逃逸，在水下磁目标初始位置范围的基础上根据水下磁目标运动速度、无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离和无人机的运动速度计算水下磁目标最大逃逸范围的半径。

作为本发明的一个具体实施例，根据

计算水下磁目标最大逃逸范围的半径，其中，r₂是水下磁目标最大逃逸范围的半径，r₁是水下磁目标初始位置范围的半径，v_目是水下磁目标的最大运动速度，S是无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离，v_机机是无人机的运动速度，N是水下磁目标最大逃逸范围的扩散系数，N∈[1.5,2]。

进一步地，在本发明中，在获取水下磁目标最大逃逸范围的半径之后，无人机搭载平台发射第一无人机组10和第二无人机组20至水下磁目标最大逃逸范围与无人机搭载平台最近的位置。

此外，在本发明中，第一无人机组10和第二无人机组20到达水下磁目标最大逃逸范围与无人机搭载平台最近的位置之后，第一无人机组10沿第一环线进行搜索，第二无人机组20沿第二环线进行搜索，第一环线的搜索范围和第二环线的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，判断第一无人机组10或第二无人机组20是否发现水下磁目标；在进行第一环线搜索和第二环线搜索的同时向水下抛撒磁浮标30以形成覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周的磁浮标搜索环，判断磁浮标搜索环是否发现水下磁目标。为了提高水下磁目标的搜索效率同时避免水下磁目标的逃逸，采用无人机进行环线搜索的同时向水下抛撒磁浮标30避免水下磁目标从环线搜索过后的区域逃逸。

作为本发明的一个具体实施例，磁浮标30的总数量为至少两个。当进行第一环线搜索或进行第二环线搜索抛撒的磁浮标30数量为多个时，可间隔一定距离，如700-800米进行多个磁浮标30的抛撒，保证相邻两个磁浮标30之间不存在磁浮标未搜索到的区域即可。

如图1所示，为了便于无人机的导航和飞行，作为本发明的一个具体实施例，第一无人机组10先沿第一方向A搜索后沿第二方向B搜索，第一方向A和第二方向B呈夹角设置，第二无人机组20先沿第三方向C搜索后沿第四方向D搜索，第三方向C和第四方向D呈夹角设置。在该实施例中，第一方向A、第二方向B、第三方向C和第四方向D分别与水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周相切，第一方向A与第二方向B之间的夹角为90°，第三方向C与第四方向D夹角90°，第一方向A与第三方向C之间的夹角为90°。

进一步地，在本发明中，为了进一步提高水下磁目标的搜索效率，可配置第一无人机组10包括多个第一无人机，第二无人机组20包括多个第二无人机。

如图2所示，作为本发明的一个具体实施例，第一无人机组10包括多个第一无人机，第二无人机组20包括一个第二无人机，在沿环线进行搜索时，多个第一无人机中的其中一个第一无人机11和第二无人机的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，多个第一无人机中的其他第一无人机12在水下磁目标最大逃逸范围内对水下磁目标进行搜索。在本实施例中，为了减少成本，其中一个第一无人机11在进行环线搜索时可选择不抛撒磁浮标30，而其他第一无人机12进行环线搜索时可选择抛撒磁浮标30，不会影响搜索范围。

作为本发明的另一个具体实施例，第一无人机组10包括一个第一无人机，第二无人机组20包括多个第二无人机，在沿环线进行搜索时，第一无人机和多个第二无人机中的其中一个第二无人机的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，多个第二无人机中的其他第二无人机在水下磁目标最大逃逸范围内对水下磁目标进行搜索。在本实施例中，为了减少成本，其中一个第二无人机在进行环线搜索时可选择抛撒磁浮标30，而其他第二无人机进行环线搜索时可选择不抛撒磁浮标，同样不会影响搜索范围。

作为本发明的另一个具体实施例，第一无人机组10包括多个第一无人机，第二无人机组20包括多个第二无人机，在沿环线进行搜索时，多个第一无人机中的其中一个第一无人机11和多个第二无人机中的其中一个第二无人机的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，多个第一无人机中的其他第一无人机12和多个第二无人机中的其他第二无人机在水下磁目标最大逃逸范围内对水下磁目标进行搜索。

进一步地，在本发明中，在判断第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环是否发现水下磁目标时，若第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环发现水下磁目标则水下磁目标的搜索结束。若第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环均未发现水下磁目标，第一无人机组10和第二无人机组20转入同向平行搜索直至第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环发现磁目标则水下磁目标的搜索结束，同向平行搜索的范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围中未被第一环线搜索、第二环线搜索和磁浮标搜索环覆盖的区域。前述的环线搜索和磁浮标搜索可相应地缩小水下磁目标可能存在的区域面积，结合前述的环线搜索和磁浮标搜索，通过一次同向平行搜索即可完成对水下磁目标最大逃逸范围的全面搜索，极大提高了水下磁目标的搜索效率。

作为本发明的一个具体实施例，第一环线搜索、第二环线搜索、磁浮标搜索和同向平行搜索均采用磁强计探测水下磁目标。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1和图2对本发明的水下磁目标分布式搜索方法进行详细说明。

如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，该水下磁目标分布式搜索方法具体包括以下步骤。

步骤一，探测水下磁目标初始位置范围，获取水下磁目标初始位置范围的半径并探测无人机搭载平台至水下磁目标初始位置范围最近的距离。

步骤二，根据计算水下磁目标最大逃逸范围的半径。

步骤三，无人机搭载平台发射第一无人机组10和第二无人机组20至水下磁目标最大逃逸范围与无人机搭载平台最近的位置。

步骤四，第一无人机组10沿第一环线进行搜索，第二无人机组20沿第二环线进行搜索，第一环线的搜索范围和第二环线的搜索范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周，判断第一无人机组10或第二无人机组20是否发现水下磁目标；在进行第一环线搜索和第二环线搜索的同时向水下抛撒磁浮标30以形成覆盖水下磁目标最大逃逸范围的整个圆周的磁浮标搜索环，判断磁浮标搜索环是否发现水下磁目标。

步骤五，若第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环发现水下磁目标则水下磁目标的搜索结束；若第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环均未发现水下磁目标，第一无人机组10和第二无人机组20转入同向平行搜索直至第一无人机组10、第二无人机组20或磁浮标搜索环发现磁目标则水下磁目标的搜索结束，同向平行搜索的范围覆盖水下磁目标最大逃逸范围中未被第一环线搜索、第二环线搜索和磁浮标搜索环覆盖的区域。

综上所述，本发明提供了一种水下磁目标分布式搜索方法，该水下磁目标分布式搜索方法通过无人机的环线搜索、磁浮标的搜索和无人机的同向平行搜索相结合的方式大幅提高了水下磁探测的效率，减小了水下磁目标丢失的风险。与现有技术相比，本发明能够解决现有技术中磁目标搜索方法搜索时间长、搜索效率低、易丢失磁目标的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。