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水下实时综合电磁探测系统设计

陈家林 徐灏 袁奕博 刘兰军 连波超

陈家林, 徐灏, 袁奕博, 等. 水下实时综合电磁探测系统设计[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(4): 600-606 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0068
引用本文: 陈家林, 徐灏, 袁奕博, 等. 水下实时综合电磁探测系统设计[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(4): 600-606 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0068
CHEN Jialin, XU Hao, YUAN Yibo, LIU Lanjun, LIAN Bochao. Design of an Underwater Real-Time Integrated Electromagnetic Detection System[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(4): 600-606. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0068
Citation: CHEN Jialin, XU Hao, YUAN Yibo, LIU Lanjun, LIAN Bochao. Design of an Underwater Real-Time Integrated Electromagnetic Detection System[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(4): 600-606. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0068

水下实时综合电磁探测系统设计

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0068
基金项目: 国家重点研发计划课题资助(2019YFC1408101)
详细信息
    作者简介:

    陈家林(1988-), 男, 硕士, 工程师, 主要从事海洋电磁装备开发

  • 中图分类号: U674.941; TJ630.34

Design of an Underwater Real-Time Integrated Electromagnetic Detection System

  • 摘要: 针对目前水下目标电磁探测系统探测物理量单一、实时性差、综合适应能力弱等问题, 文中采用超低噪声信号检测和放大、自动增益控制等技术, 研制了一套水下实时综合电磁探测系统, 实现了高精度、宽动态范围的电磁信号采集、存储及网络实时传输。实验室环境测试验证了该系统具备电磁场信号的高精度采集和实时传输能力, 电场通道本底噪声为2 nV/$\sqrt {{\text{Hz}}} $@1 Hz, 磁场通道本底噪声为0.12 μV/$\sqrt {{\text{Hz}}} $@1 Hz, 网络实时传输速率为6.32 MB/s。

     

  • 图  1  水下实时综合电磁探测系统总体设计示意图

    Figure  1.  Overall design of underwater real-time integrated electromagnetic detection system

    图  2  电磁记录仪硬件设计框图和实物图

    Figure  2.  Hardware design and prototype of electromagnetic recorder

    图  3  电场信号检测电路

    Figure  3.  Electric field signal detection circuit

    图  4  电场传感器

    Figure  4.  Electric field sensor

    图  5  磁场信号处理电路

    Figure  5.  Magnetic field signal processing circuit

    图  6  磁通门传感器

    Figure  6.  Fluxgate sensor

    图  7  感应式磁场传感器

    Figure  7.  Inductive magnetic field sensor

    图  8  信号采集与数字主控电路框图

    Figure  8.  Block diagram of signal acquisition and digital main control circuit

    图  9  ARM软件流程图

    Figure  9.  Flow chart of ARM software

    图  10  FPGA状态转移图

    Figure  10.  FPGA state transfer

    图  11  电磁场通道本底噪声测试结果

    Figure  11.  Background noise test results of electromagnetic field channel

    图  12  电场通道幅相频率特性测试结果

    Figure  12.  Amplitude and phase frequency characteristic of electric field channel

    图  13  网络速度折线图

    Figure  13.  Network speed

    图  14  系统集成测试环境

    Figure  14.  Test environment of system integration

    图  15  系统集成测试结果

    Figure  15.  Test results of system integration

    表  1  系统测试指标

    Table  1.   Parameters of system test

    指标数值
    电场通道噪声/(nV/$\sqrt {{\text{Hz}}} $@1 Hz)2
    磁场通道噪声/(μV/$\sqrt {{\text{Hz}}} $@1 Hz)0.12
    电场通道增益倍数500~50 000
    电场通道/个3
    感应磁场通道/个2
    环境总磁场通道/个3
    网络带宽/(MB/s)6.32
    程控增益支持倍数0、1、2、5、10、20、50、100
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-30
  • 修回日期:  2023-07-10
  • 录用日期:  2023-07-12
  • 网络出版日期:  2023-07-25

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