一种用于地下管线探测的发射接收系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于地下管线探测的发射接收系统，涉及通信传输技术领域，所述方法包括：所述GNSS接收机用于接收卫星信号进行定位，以得到GNSS定位结果；所述MEMS惯性测量单元用于在GNSS信号受阻时，通过惯性导航进行定位，以得到惯性导航结果；所述数据处理单元用于将GNSS定位结果和惯性导航结果进行融合，以输出融合结果；所述无线通信单元用于将所述融合结果实时传输至接收机；所述接收机接收到所述定位结果后，与检测到的管线埋深和管线路径相结合，以获得管线的空间位置。本发明专利技术可以更准确反映复杂地下环境对信号的影响，可以有效提高管线埋深计算的精确度。提高管线埋深计算的精确度。提高管线埋深计算的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于地下管线探测的发射接收系统


[0001]本专利技术涉及通信传输
，特别是指一种用于地下管线探测的发射接收系统。

技术介绍

[0002]随着城市化进程加速，地下管线数量激增，传统的地下管线探测设备已难以满足需求。
[0003]为提高探测精度,一些技术采用了多点探测的方式。例如，通过分析每个天线接收信号的差异来判断管线空间位置，由于地下环境复杂,不同位置的信号衰减和干扰不同,因此，直接根据信号强度确定管线位置可能会存在一些误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于地下管线探测的发射接收系统，可以更准确反映复杂地下环境对信号的影响，可以有效提高管线埋深计算的精确度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种用于地下管线探测的发射接收系统，包括：发射机，用于将直流电转换为差分方波信号，所述差分方波信号经地下管线传播，在地下管线周围形成用于检测的电磁场；接收机，包括球型天线和环形天线，所述球型天线用于根据电磁场检测管线埋深，所述环形天线用于根据电磁场检测管线路径；所述球型天线设置有多个，并且多个球型天线安装在接收机不同位置，以接收电磁场信号；每个球型天线连接检波电路，用于检测管线的电磁场信号幅值；通过比较不同球型天线接收的电磁场信号幅值，判断信号强度分布情况；对信号强度进行预处理，以得到预处理数据；根据所述预处理数据，确定模型结构M=BP(L，S，λ)，其中，M是传播模型，BP表示BP神经网络，L是层数，S是节点数，λ是正则化系数；根据构建训练数据集，其中，是训练数据集，是训练样本，表示第个训练样本，N为训练样本的总数；根据训练数据集，通过进行模型训练，其中，是优化的参数，是正则项；根据获取测试数据集，其中，是测试数据集；根据对模型评估，以建立信号传播模型，其中，是测试集误差，表示训练样本的编号，表示第个测试样本的特征；表示第个测试样本的目标输出；表示测试样本的总数；
根据球型天线布置位置、电磁场信号幅值以及信号传播模型，计算得到电磁场信号与管线埋深之间的关系式，关系式为：，其中,是拟合得到的多项式函数，表示第个数据的信号幅值，表示第个数据对应的实际埋深值,d表示收集的数据组数；根据第个数据的信号幅值，收集的数据组数d以及拟合得到的多项式函数，计算得到管线埋深值；所述环形天线设置多个，环形天线平面垂直地面，每个环形天线连接检波电路，用于检测管线的电磁场信号幅值；根据建立天线检测信号模型，其中，为管线信号，为噪声，为角频率，波数，为信号传播距离，为当前时刻；根据确定天线方向角，其中，为第i个天线在方向上的信号功率；根据确定管线位置矢量，其中，为第个天线位置矢量，为映射函数；根据对管线轨迹积分，其中,为管线速度矢量,为积分的下限,表示初始时刻，表示当前时刻，为管线位置矢量；根据构建管线振动物理模型，其中，为管线振动矢量；为固有频率，为阻尼系数，表示管线在位置z和当前时刻t的振动矢量，表示偏导数；根据构建管线运动学模型；根据管线振动物理模型以及管线运动学模型，融合形成耦合模型；根据所述耦合模型，计算得到管线时域空间位置，其中，；定位系统，包括GNSS接收机、MEMS惯性测量单元、数据处理单元以及无线通信单元，所述GNSS接收机用于接收卫星信号进行定位，以得到GNSS定位结果；所述MEMS惯性测量单元用于在GNSS信号受阻时，通过惯性导航进行定位，以得到惯性导航结果；所述数据处理单元用于将GNSS定位结果和惯性导航结果进行融合，以输出融合结果；所述无线通信单元用于将所述融合结果实时传输至接收机；所述接收机接收到所述定位结果后，与检测到的管线埋深和管线路径相结合，以获得管线的空间位置。
[0007]进一步的，所述发射机包括：
[0008]微控制器模块，用于判断是否到达预设的发射时间，若是，则进入发射状态，若否，则等待；在发射状态下，读取预设的发射参数，生成对应的控制信号；差分编码模块，用于判断接收到的控制信号中的发射频率参数是否在允许范围内，若是，则继续执行编码，以得到编码信号，若否，则向所述微控制器模块返回频率异常代码；用于对所述编码信号进行校验，以得到校验结果；以及用于判断所述校验结果是否正
确，若是，则发送编码信号，若否，则向所述微控制器模块返回编码异常代码；发射驱动模块，用于判断接收到的编码信号强度是否达到发射要求，若是，则继续放大滤波生成驱动信号；若否，则向所述微控制器模块返回增益控制代码；用于判断所述驱动信号强度是否在正常范围内，若是则发送驱动信号，若否，则向所述微控制器模块返回滤波异常代码；发射天线，用于判断驱动信号频率是否与天线设计频率匹配，若是，则发射电磁波，若否，则向所述微控制器模块返回频率不匹配代码。
[0009]进一步的，所述差分编码模块包括：
[0010]第一接口电路，用于接收微控制器模块发送的控制信号，对所述控制信号进行解析，以得到解析信号；编码参数提取模块，用于接收所述解析信号，对所述解析信号进行参数提取，以输出编码参数；差分编码器，用于接收所述编码参数，对所述编码参数进行编码以生成编码差分信号；校验编码器，用于接收所述编码差分信号，对所述编码差分信号进行校验编码，以输出编码信号；驱动放大器，用于接收所述编码信号，并对所述编码信号进行驱动放大，以输出驱动信号。
[0011]进一步的，所述发射驱动模块包括：
[0012]第一滤波电路，用于接收所述驱动信号，并对所述驱动信号进行滤波，以输出第一滤波信号；驱动匹配电路，用于接收所述第一滤波信号，并进行阻抗匹配，以输出匹配信号；稳压电路，用于接收所述匹配信号，并对所述匹配信号进行处理，以输出稳压信号。
[0013]进一步的，所述驱动放大器包括：
[0014]第二滤波电路，用于通过频谱分析获得编码信号的频率响应，根据编码信号的频率响应与预设的响应曲线进行对比，计算编码信号的衰减曲线，根据编码信号的衰减曲线，确定补偿滤波器参数，将所述补偿滤波器参数写入控制寄存器对滤波器进行配置，以输出补偿的编码输出信号；第一差分放大器，用于接收所述编码输出信号，并对所述编码输出信号进行放大以得到第一放大信号；第二差分放大器，用于对所述第一放大信号进行再次放大，以获得第二放大信号；低通滤波器，用于对所述第二放大信号进行低通滤波，以得到第二滤波信号；驱动输出模块，用于根据所述第二滤波信号，输出驱动信号。
[0015]进一步的，所述驱动匹配电路包括：
[0016]变压器，用于对所述滤波信号进行阻抗匹配和电压转换，输出初级匹配驱动信号；PI型匹配电路，由一个串联电感L和两个并联电容C1、C2组成，所述电容C1与电感L的串联分支，构成一个低通滤波器，用于滤除初级匹配驱动信号中的噪声；所述电容C2与电感L和电容C1的串联分支并联，用于调节初级匹配驱动信号的阻抗，以输出匹配信号。
[0017]进一步的，通过频谱分析获得编码信号的频率响应，根据编码信号的频率响应与预设的响应曲线进行对比，计算编码信号的衰减曲线，包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于地下管线探测的发射接收系统，其特征在于，包括：发射机，用于将直流电转换为差分方波信号，所述差分方波信号经地下管线传播，在地下管线周围形成用于检测的电磁场；接收机，包括球型天线和环形天线，所述球型天线用于根据电磁场检测管线埋深，所述环形天线用于根据电磁场检测管线路径；所述球型天线设置有多个，并且多个球型天线安装在接收机不同位置，以接收电磁场信号；每个球型天线连接检波电路，用于检测管线的电磁场信号幅值；通过比较不同球型天线接收的电磁场信号幅值，判断信号强度分布情况；对信号强度进行预处理，以得到预处理数据；根据所述预处理数据，确定模型结构M=BP(L，S，λ)，其中，M是传播模型，BP表示BP神经网络，L是层数，S是节点数，λ是正则化系数；根据构建训练数据集，其中，是训练数据集，是训练样本，表示第个训练样本，N为训练样本的总数；根据训练数据集，通过进行模型训练，其中，是优化的参数，是正则项；根据获取测试数据集，其中，是测试数据集；根据对模型评估，以建立信号传播模型，其中，是测试集误差，表示训练样本的编号，表示第个测试样本的特征；表示第个测试样本的目标输出；表示测试样本的总数；根据球型天线布置位置、电磁场信号幅值以及信号传播模型，计算得到电磁场信号与管线埋深之间的关系式，关系式为：，其中,是拟合得到的多项式函数，表示第个数据的信号幅值，表示第个数据对应的实际埋深值,d表示收集的数据组数；根据第个数据的信号幅值，收集的数据组数d以及拟合得到的多项式函数，计算得到管线埋深值；所述环形天线设置多个，环形天线平面垂直地面，每个环形天线连接检波电路，用于检测管线的电磁场信号幅值；根据建立天线检测信号模型，其中，为管线信号，为噪声，为角频率，波数，为信号传播距离，为当前时刻；根据确定天线方向角，其中，为第i个天线在方向上的信号功率；根据确定管线位置矢量，其中，为第个天线位置矢量，为映射函数；根据对管线轨迹积分，其中,为管线速度矢量,为积分的下限,表示初始时刻，表示当前时刻，为管线位置矢量；根据
构建管线振动物理模型，其中，为管线振动矢量；为固有频率，为阻尼系数，表示管线在位置z和当前时刻t的振动矢量，表示偏导数；根据构建管线运动学模型；根据管线振动物理模型以及管线运动学模型，融合形成耦合模型；根据所述耦合模型，计算得到管线时域空间位置，其中，；定位系统，包括GNSS接收机、MEMS惯性测量单元、数据处理单元以及无线通信单元，所述GNSS接收机用于接收卫星信号进行定位，以得到GNSS定位结果；所述MEMS惯性测量单元用于在GNSS信号受阻时，通过惯性导航进行定位，以得到惯性导航结果；所述数据处理单元用于将GNSS定位结果和惯性导航结果进行融合，以输出融合结果；所述无线通信单元用于将所述融合结果实时传输至接收机；所述接收机接收到所述定位结果后，与检测到的管线埋深和管线路径相结合，以获得管线的空间位置。2.根据权利要求1所述的用于地下管线探测的发射接收系统，其特征在于，所述发射机包括：微控制器模块，用于判断是否到达预设的发射时间，若是，则进入发射状态，若否，则等待；在发射状态下，读取预设的发射参数，生成对应的控制信号；差分编码模块，用于判断接收到的控制信号中的发射频率参数是否在允许范围内，若是，则继续执行编码，以得到编码信号，若否，则向所述微控制器模块返回频率异常代码；用于对所述编码信号进行校验，以得到校验结果；以及用于判断所述校验结果是否正确，若是，则发送编码信号，若否，则向所述微控制器模块返回编码异常代码；发射驱动模块，用于判断接收到的编码信号强度是否达到发射要求，若是，则继续放大滤波生成驱动信号；若否，则向所述微控制器模块返回增益控制代码；用于判断所述驱动信号强度是否在正常范围内，若是则发送驱动信号，若否，则向所述微控制器模块返回滤波异常...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富文，黄春艺，温润贤，王六玉，陈龙，陈江发，张潍中，潘世委，
申请(专利权)人：福建优迪电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：