具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提供了一种基于双路正交检测的水下电流场探测系统及方法，通过2次的波谷波峰状态变化，进行水下金属物的探测和验证，大大提高水下或水底金属物探测的灵敏度和可靠性，使用探测信号的更多有用信息进行判决，比传统的只依靠幅度判断灵敏度更高，而且克服了由于环境变化引起检测门限变化导致检测效果较差的问题，避免了设置检测门限的困难，是一种非常具有广泛应用前景的水下电流场探测方法；一定程度上弥补了传统水下探测技术的不足，降低对周围环境依赖，且探测系统结构简单，非常适合在近海沿岸黑暗浑浊的水域进行使用。本发明是一种应用于探测水下金属物及绝缘物的水下电流场探测方法，解决了现有水下电流场探测方法检测电压变化太小或者由于环境变化引起检测门限变化导致检测效果较差和误报警高的问题，通过双路正交检测提高有效性和可靠性。

一种基于双路正交检测的水下电流场探测系统，包括天线单元、发射单元4、接收单元5、数字控制单元6和上位机电脑双路正交检测器判决单元7；所述的天线单元包括发射天线单元1、A端接收天线单元2和B端接收天线单元3；所述的数字控制单元6包括控制器601、DA模块602、第一AD模块603、第二AD模块604；所述的发射单元4包括功率放大器401和阻抗匹配网络402；所述的接收单元包括第一巴伦选频回路501和第二巴伦选频回路502；所述的上位机电脑双路正交检测器判决单元7包括第一混沌检测器703和第二混沌检测器704；

所述的天线单元安装在天线支架105上；所述的天线支架105包括竖直杆件和水平十字型支架；所述的水平十字型支架由垂直交叉于点O的第一水平杆件和第二水平杆件组成；所述的竖直杆件的下端连接于十字型支架的点O；所述的发射天线单元1、A端接收天线单元2和B端接收天线单元3均为电偶极子天线，发射天线单元1的两个导体分别布置在第一水平杆件上点O两侧，A端接收天线单元2的两个导体布置在第二水平杆件上点O一侧，B端接收天线单元3的两个导体布置在第二水平杆件上点O另一侧，所有导体围绕点O中心对称布置。

所述的控制器601生成正弦波数字信号，通过DA模块602产生正弦波信号传输至发射单元4的功率放大器401中；所述的功率放大器401将正弦波信号进行功率放大后，通过阻抗匹配网络402传输至发射天线单元1；所述的发射天线单元1将接收到的功率信号辐射到水中，并将感应接收到的微弱反射信号传送给A端接收天线单元2和B端接收天线单元3；所述的A端接收天线单元2将接收感应到的水中微弱反射电场信号传输至接收单元5的第一巴伦选频回路501中，所述的B端接收天线单元3将接收感应到的水中微弱反射电场信号传输至接收单元5的第二巴伦选频回路502中；所述的第一巴伦选频回路501将接收到的差分电信号转换为单端电压信号，并依次经过低噪声放大器、带通滤波器、二级放大器处理后，传输至数字控制单元6的第一AD模块603；所述的第二巴伦选频回路502将接收到的差分电信号转换为单端电压信号，并依次经过低噪声放大器、带通滤波器、二级放大器处理后，传输至数字控制单元6的第二AD模块604；所述的第一AD模块603与第二AD模块604分别对接收到的信号进行AD转化后通过人机交互接口605传输至上位机电脑双路正交检测器判决单元7中；

所述的上位机电脑双路正交检测器判决单元7接收到第一AD模块603和第二AD模块604传输的信号后，将第一AD模块603传输的信号与本地载波的同向支路信号701进行相乘积分，得到第一相乘积分值703；将第二AD模块604传输的信号与本地载波的正交支路信号702进行相乘积分，得到第二相乘积分值704；在A端接收天线单元2和B端接收天线单元3的探测范围内，水下或水底均没有金属物时，调整本地载波的同向支路信号701与正交支路信号702的相位，使本地载波和第一AD模块603、第二AD模块604传输的信号近似正交，获取第一相乘积分值703与第二相乘积分值704的比值705；

如果在A端接收天线单元2的探测范围内，水下或水底有金属物时，第一相乘积分值703与第二相乘积分值704的比值705变小，出现一个波谷；如果在B端接收天线单元2的探测范围内，水下或水底有金属物时，第一相乘积分值703与第二相乘积分值704的比值705变大，出现一个波峰。

本发明解决了传统水下电场探测易受周围环境影响而灵敏度低可靠性差的问题，解决了传统水下电场探测使用硬判决门限进行判定需要自适应调整的问题。通过2次的波谷波峰状态变化，进行水下金属物的探测和验证，大大提高水下或水底金属物探测的灵敏度和可靠性，使用探测信号的更多有用信息进行判决，比传统的只依靠幅度判断灵敏度更高，而且克服了由于环境变化引起检测门限变化导致检测效果较差的问题，避免了设置检测门限的困难。本发明方法的复杂程度和常规水下电场探测一样，只是上位机电脑判决算法复杂度提高，运算量更大但采用主频更高的计算机可以实现算法，此复杂度也是可以接受的，而且可以做到实时监测，提高检测效率。

实施例1：

结合图1，一种基于双路正交检测的水下电流场探测方法，一种基于双路正交检测的水下电流场探测方法，其系统包括发射天线单元1、A端接收天线单元2、B端接收天线单元3、发射单元4、接收单元5、数字控制单元6和上位机电脑双路正交检测器判决算法7；

发射天线单元1用于将数字控制单元6的DA模块602产生的正弦波信号通过发射单元4调制为功率信号辐射到水中，并将感应接收到的微弱反射信号传送给A端接收天线单元2和B端接收天线单元3；发射天线单元1由发射电线和天线支架105构成，发射天线单元是电偶极子天线；发射天线单元1的发射天线由2根碳棒或氯化银金属棒(101和102)组成电偶极子天线；发射天线单元大小根据发射电流大小确定，小于1安培一般为直径约为10mm，长度为50mm，表面光滑无毛刺；在发射天线一端用牢固焊接导线的铜箔紧密包裹作为天线馈线，焊点平整使用聚酯材料绝缘密封，并用胶布密封此端，并把导线可靠连接到发射单元4，水下导线连接点使用聚酯材料绝缘密封，制作成电偶极子发射天线一根101；另一根电偶极子天线棒102也采用相同方式制作；A端接收天线单元2也由2根碳棒(201和202)组成电偶极子天线，制作方法和电偶极子发射天线101一样，并通过导线可靠连接到接收单元5；B端接收天线单元3也由2根碳棒(301和302)组成电偶极子天线，制作方法和电偶极子发射天线101一样，并通过导线可靠连接到接收单元5；发射天线单元1的发射天线101和102布置在一条直线上，以中心点对称，距离中心点150cm，而A端接收天线单元2和B端接收天线单元3分别放置在发射天线连线的中垂线以中心点对称两侧放置，距离中心点距离相同，距离中心点100cm，每个天线长度50cm，且探测前进方向为A端接收天线单元前进方向；

数字控制单元6中的控制器601通过查表法生成频率为250Hz正弦波数字信号，通过DA模块602产生的正弦波信号，通过信号发射单元4的功放电路401进行功率放大，获得5瓦左右的大功率电场信号；并将大功率电场信号送到阻抗匹配网络402和发射天线101和102连接，通过阻抗匹配网络实现功放和发射天线之间的阻抗匹配，通过阻抗匹配网络的匝数比满足功放的最佳输出阻抗；

信号接收单元5将2路A端接收天线单元2和B端接收天线单元3感应到的水中的微弱电信号分别送入2套巴伦选频回路501和502把差分电信号转换为单端电压信号，然后分别输出送到2套低噪声放大器503和504进行放大，再分别通过2套带通滤波器505和506滤除带外噪声，再分别输入到2套二级放大器507和508变成2路范围合适的模拟接收信号，送到数字控制单元6进行2路采样；

数字控制单元6对2路接收到的信号通过AD模块603和604进行100倍采样，AD转化后通过人机交互接口605高速传输到上位机电脑双路正交检测器判决算法7进行判决；

巴伦选频回路501和502用于抑制共模电信号，并将A端接收天线单元和B端接收天线单元感应到的差分电信号转换为单端电压信号，滤除单端电压信号频带以外的无用噪声和干扰，将信号传送到低噪声放大器503和504；

低噪声放大器503和504用于接收巴伦选频回路501和502输入的微弱电信号，并对接收的微弱电信号进行低噪声适度放大，使接收的电信号的强度达到带通滤波器505和506的处理电平范围以内将放大后的电信号发送至带通滤波器505和506；

带通滤波器505和506的中心频率是正弦波信号频率发送频率250Hz，接收到的电信号进行高Q值滤波，Q值可以达到60-80，并将滤波后的信号输出至后端二级放大器507和508；

二级放大器507和508将滤波后信号的电平控制在AD模块转化范围内，电平控制1v左右，并将信号输入到数字控制单元6的2路AD模块603和604分别进行100倍采样；AD转化后2路数字信号通过人机交互接口605高速传输到上位机电脑双路正交检测器判决算法7进行判决，一般可以选用高速串口作为人机交互接口605，传输速率尽可能选取较高速率115200bps，以便能够及时处理；

上位机电脑双路正交检测器判决算法7接收到2路数字接收信号后，把2路数字信号和本地同频载波同向和正交信号分别相乘积分，其中A路的信号和同向支路信号701进行相乘积分702，B路的信号和正交支路703进行相乘积分704，最后计算同向支路积分比正交支路积分的比值705，不断调整本地载波相位701和703，使本地载波和接收信号近似正交，这时这个比值大于在水下或水底探测范围没有金属物时的比值705的0.8倍，这个在水下或水底探测范围没有金属物时的比值705可以随着环境的变化而自适应的改变，克服了由于环境变化引起检测门限变化导致检测效果较差的问题；因为2路接收到的信号和本地载波近似正交，比值705就是近似正交角度的正切值705而较大；如果在A端接收天线附近的水下或水底探测范围有金属物时，A端天线接收感应到的水中微弱反射电场信号发生跳变，在A路接收到的信号幅度减少和相位上发生微弱跳变，使的同向支路的积分值702变小，从而使得正切值变小705，出现一个波谷，探测出金属，而且由于系统处于近似正交，反射电场信号发生非常微弱的角度跳变都会导致正切值705发生较大变化从而观察到波谷；然后随着接收天线继续向前移动，B端接收天线移动到金属物附近，而A端天线由于远离了金属物，从而信号幅度恢复到原有程度，B端天线接收感应到的水中微弱反射电场信号发生跳变，在B路接收到的信号幅度减少和相位上发生微弱跳变，使得正切值705变大，出现一个波峰，从而验证探测到金属物，由于系统正处于近似正交状态，反射电场信号发生非常微弱的角度跳变就会导致正切值发生较大变化。通过出现的相邻的波谷和波峰变化，完成了水下金属物的探测和验证，大大提高水下金属物探测的灵敏度和可靠性。

输入到双路正交检测器的2路接收信号，首先通过控制器需要不断调整本地载波相位701和703，使本地载波和接收信号近似正交，这时这个比值为在水下或水底探测范围没有金属物时的门限，只要近似正交即可，一般调整到正切值705大于10000为宜，这时正切值705较大，易于观察正切值变化；而且这个正切值随着环境的变化而自适应的改变，克服了检测门限变化导致检测效果较差问题，提高了抗干扰能力。

发射天线单元1、A端接收天线单元2和B端接收天线单元3在一个平面内放置，而且平行于探测水底，平行移动进行探测，探测方向为A端接收天线单元前进方向。

探测过程分为探测判定和验证，正切值705变小，出现一个波谷，为探测判定过程；正切值705变大，出现一个波峰，为探测验证过程；通过探测判定和验证两个过程，提高检测有效性和可靠性，而且可以做到实时监测，提高检测效率。

本发明所述的一种基于双路正交检测的水下电流场探测方法如图1所示，其发射天线将发射单元输出的电场功率信号辐射到水中和水下地层中，实现正弦波信号的有效辐射形成探测空间；2路接收天线将感应到的水中微弱反射电场信号送到低噪声放大器同时进行放大，然后再通过带通滤波器滤除带外噪声提高接收效果，然后再进行二级放大器放大到合适范围波形，然后通过AD进行采样，采样率为正弦波频率的100倍，把采样后的2路数字信号通过串口高速传输到上位机电脑进行双路正交检测算法判决，把2路数字信号和本地同频载波同向和正交信号分别相乘积分，其中A路的信号和同向支路进行相乘积分，B路的信号和正交支路进行相乘积分，最后计算同向支路积分比正交支路积分的比值，不断调整本地载波相位，使本地载波和接收信号近似正交，这时这个比值大于在水下或水底探测范围没有金属物时的比值的0.8倍，这个在水下或水底探测范围没有金属物时的比值为门限，可以随着环境的变化而自适应的改变，克服了由于环境变化引起检测门限变化导致检测效果较差的问题；因为这时2路接收到的信号和本地载波近似正交，这个比值就是近似正交角度的正切值而较大；如果在A端接收天线附近的水下或水底探测范围有金属物时，A端天线接收感应到的水中微弱反射电场信号发生跳变，在A路接收到的信号幅度减少和相位上发生微弱跳变，使的同向支路的积分值变小，从而使得正切值变小，出现一个波谷，探测出金属，而且由于系统处于近似正交，反射电场信号发生非常微弱的角度跳变都会导致正切值发生较大变化从而观察到波谷；然后随着接收天线继续向前移动，B端接收天线移动到金属物附近，而A端天线由于远离了金属物，从而信号幅度恢复到原有程度，B端天线接收感应到的水中微弱反射电场信号发生跳变，在B路接收到的信号幅度减少和相位上发生微弱跳变，使得正切值变大，出现一个波峰，从而验证探测到金属物，由于系统正处于近似正交状态，反射电场信号发生非常微弱的角度跳变就会导致正切值发生较大变化。基于双路正交检测的水下电流场探测方法通过出现相邻的波谷和波峰变化，完成了水下金属物的探测和验证，大大提高水下或水底金属物探测的灵敏度和可靠性，而且克服了由于环境变化引起检测门限变化导致检测效果较差的问题，避免了设置检测门限的困难，而且可以做到实时监测，提高检测效率，是一种非常具有广泛应用前景的水下电流场探测方法。

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。