水下机器人对光泵磁力仪的干扰及消除算法研究

摘要

水下机器人载体是进行水下巡航、矿产勘探、地形勘测等诸多领域的首选作业工具。在复杂环境下作业时具有比人工手段更为安全、高效和稳定的作业水平，因此其应用前景和领域十分广泛。地磁探测机器人在巡航过程中测量地磁场会受到载体本身的磁场干扰而影响测量准确性，这对于水下地磁探测是十分不利的。其干扰来源主要有载体铁磁材料的磁化干扰、大功率推进器的强电磁干扰和载体控制电路的高频电磁辐射干扰。
　　本文主要分析了载体磁化干扰源的产生原因和机理，其次主要针对载体上大功率无刷直流电机(BLDCM)的漏磁场进行仿真分析和实验。通过使用有限元分析软件Comsol Multiphysics构建大功率无刷直流电机的二维漏磁场仿真模型，并分别求解无刷直流电机的静止漏磁场和在旋转过程中的动态漏磁场，得出无刷直流电机近场区域漏磁特性。
　　在实验中使用光泵磁力仪作为地磁测量传感器，实验中对无刷直流电机的漏磁场进行测量，得到其漏磁场结果与仿真结果一致。使用FIR滤波器对无刷直流电机的交流磁干扰源进行消除。在对地磁测量数据的处理上，使用ICA算法进行处理，验证了算法的有效性。最后结合FIR低通滤波器和ICA算法，使用FPGA构建消除磁场干扰的硬件系统，为水下机器人实时消除干扰，获取更精确地磁场值作准备。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 地磁导航技术研究现状

1.3 地磁传感器技术和干扰消除算法研究

1.4 论文主要研究内容

第2章 水下机器人载体及对地磁测量的影响

2.1 水下机器人载体结构

2.2 光泵磁力仪引起的测量误差

2.3 水下机器人载体磁场干扰静态特性

2.4 水下机器人载体磁场干扰动态特性

2.5 本章小结

第3章 推进器漏磁场仿真和实验分析

3.1 无刷直流电机漏磁理论

3.2 Comsol软件仿真模型建立与结果分析

3.3 无刷直流电机漏磁场实验测量结果与分析

3.4 实验结果分析

3.5 本章小结

第4章 地磁场测量中干扰磁场的消除算法

4.1 推进器交流干扰磁场消除算法

4.2 低频干扰磁场消除算法

4.3 ICA算法实验结果及分析

4.4 本章小结

第5章 水下机器人上干扰消除算法的硬件设计

5.1 实现算法的硬件系统

5.2 数字低通滤波算法结构

5.3 fastICA算法结构

5.4 硬件系统总体设计

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢