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龍圖騰網(wǎng)恭喜浙江大學(xué)申請的專利基于接收信號強(qiáng)度的三向天線水下磁感應(yīng)定位系統(tǒng)及方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號為：CN114827893B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-04-01發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請?zhí)?專利號為：202210448076.5，技術(shù)領(lǐng)域涉及：H04W4/02；該發(fā)明授權(quán)基于接收信號強(qiáng)度的三向天線水下磁感應(yīng)定位系統(tǒng)及方法是由陳惠芳;朱家瑩;謝磊設(shè)計研發(fā)完成，并于2022-04-26向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請。

本基于接收信號強(qiáng)度的三向天線水下磁感應(yīng)定位系統(tǒng)及方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明公開了基于接收信號強(qiáng)度的三向天線水下磁感應(yīng)定位系統(tǒng)及方法。定位系統(tǒng)包括水下磁感應(yīng)發(fā)射機(jī)中的定位信號產(chǎn)生模塊、磁感應(yīng)發(fā)送模塊和水下磁感應(yīng)接收機(jī)中的磁感應(yīng)接收模塊、定位信號處理模塊和位置估計模塊。首先水下磁感應(yīng)發(fā)射機(jī)將處理后的定位信號依次加載在三向發(fā)送天線的三個線圈上，水下磁感應(yīng)接收機(jī)從三向接收天線獲取信號后進(jìn)行處理，估計出接收信號強(qiáng)度和多路接收信號之間的相對相位信息，計算得到估計的發(fā)送端在接收坐標(biāo)系中的位置。本發(fā)明定位系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜度低，且具有與水下磁感應(yīng)通信系統(tǒng)的兼容性；采用的定位方法的計算復(fù)雜度低，且能在通信的同時直接在接收端估計出發(fā)送端的位置，避免了位置信息反饋額外帶來的通信開銷。

本發(fā)明授權(quán)基于接收信號強(qiáng)度的三向天線水下磁感應(yīng)定位系統(tǒng)及方法在權(quán)利要求書中公布了：1.基于接收信號強(qiáng)度的三向天線水下磁感應(yīng)定位方法，其特征在于：采用的三向天線水下磁感應(yīng)定位系統(tǒng)包括任意位置和姿態(tài)的水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點和水下磁感應(yīng)接收節(jié)點，所述的水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點和水下磁感應(yīng)接收節(jié)點的工作角頻率相同；所述的水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點內(nèi)置定位信號產(chǎn)生模塊和磁感應(yīng)發(fā)送模塊；定位信號產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生定位信號序列；所述的磁感應(yīng)發(fā)送模塊包括發(fā)送端處理模塊和三向發(fā)送天線；發(fā)送端處理模塊用于對定位信號序列進(jìn)行處理，包括頻譜搬移、數(shù)模變換和功率放大，執(zhí)行發(fā)送線圈選擇，將模擬定位信號作為激勵源，分時依次加載在三向發(fā)送天線的三個發(fā)送線圈；三向發(fā)送天線包括線圈平面相互垂直、匝數(shù)相同、線圈半徑相同的三個發(fā)送線圈，三向發(fā)送天線在空間中產(chǎn)生磁場，發(fā)送模擬定位信號；所述的水下磁感應(yīng)接收節(jié)點內(nèi)置磁感應(yīng)接收模塊、定位信號處理模塊和定位模塊；所述的磁感應(yīng)接收模塊包括三向接收天線和接收端處理模塊；三向接收天線包括線圈平面相互垂直、匝數(shù)相同、線圈半徑相同的三個接收線圈，用于接收水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點發(fā)送的模擬定位信號；接收端處理模塊對三個接收線圈的接收到的三路接收信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到三路數(shù)字定位信號；定位信號處理模塊對三路數(shù)字定位信號進(jìn)行處理，得到定位模塊所需的接收信號強(qiáng)度信息和相對相位信息；定位模塊用于執(zhí)行定位算法，對水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點進(jìn)行定位；具體定位方法如下：步驟1水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點生成定位信號，并通過三向發(fā)送天線發(fā)送給水下磁感應(yīng)接收節(jié)點，具體是：1-1水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點中的定位信號產(chǎn)生模塊生成定位信號序列；1-2水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點中的磁感應(yīng)發(fā)送模塊通過發(fā)送端處理模塊將定位信號序列進(jìn)行頻譜搬移、數(shù)模變換和功率放大，轉(zhuǎn)換為模擬定位信號；1-3磁感應(yīng)發(fā)送模塊將模擬定位信號分時依次加載在三向發(fā)送天線的三個發(fā)送線圈上；三向發(fā)送天線在空間中產(chǎn)生磁場，三個發(fā)送線圈分時依次發(fā)送模擬定位信號；步驟2水下磁感應(yīng)接收節(jié)點偵聽模擬定位信號：磁感應(yīng)接收模塊的三向接收天線接收水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點發(fā)送的模擬定位信號，接收端處理模塊對三個接收線圈的接收到的三路接收信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到三路數(shù)字定位信號；步驟3定位信號處理模塊對三路數(shù)字定位信號進(jìn)行處理，得到定位模塊所需的接收信號強(qiáng)度信息和相對相位信息，具體是：3-1定位信號處理模塊對未接收數(shù)字定位信號的時隙進(jìn)行噪聲能量估計：對每一條接收鏈路的采樣點計算平方和的平均，作為各條接收鏈路上的噪聲能量En1、En2、En3；3-2水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點的第i個發(fā)送線圈發(fā)送模擬定位信號時，水下磁感應(yīng)接收節(jié)點的三個接收線圈上接收到的信號轉(zhuǎn)換為三路數(shù)字定位信號分別ywi1、ywi2和ywi3，得到每路接收的純信號能量Eyij＝Eywij-Enj，i∈{1,2,3}表示三向發(fā)送天線的發(fā)送線圈編號，j∈{1,2,3}表示三向接收天線的接收線圈編號，E·表示對信號求能量的操作計算平方和的平均；根據(jù)純信號能量估算得到純信號幅度Uij即為編號i號發(fā)送線圈發(fā)送時，編號j號接收線圈得到的感應(yīng)電壓強(qiáng)度，i,j＝1,2,3；將Uij構(gòu)建感應(yīng)電壓強(qiáng)度矩陣其中，感應(yīng)電壓強(qiáng)度矢量Um1、Um2、Um3分別是編號為1、2、3發(fā)送線圈發(fā)送模擬定位信號時，水下磁感應(yīng)接收節(jié)點得到的3×1維感應(yīng)電壓強(qiáng)度矢量，表示矩陣的轉(zhuǎn)置；Um即為定位模塊所需的接收信號強(qiáng)度信息；3-3水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點的第i個發(fā)送線圈發(fā)送模擬定位信號時，水下磁感應(yīng)接收節(jié)點的第j個接收線圈的相對相位標(biāo)志⊙表示點乘，Judge·表示序列中值大于0的個數(shù)，Count·表示序列點數(shù)；將Sij構(gòu)建成相位標(biāo)志矩陣其中，矢量S1、S2、S3分別表示編號為1、2、3發(fā)送線圈發(fā)送模擬定位信號時，三個接收線圈的三個相對相位標(biāo)志矢量，Si1恒為1；編號為1和2的接收線圈接收到的信號為同相，則Si2為1，為反相則Si2為-1，編號為1和3的接收線圈接收到的信號為同相，則Si3為1，為反相則Si3為-1；S即為定位模塊所需的相對相位信息；步驟4定位模塊根據(jù)Um和S，對水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點進(jìn)行定位；具體是：4-1計算得到兩節(jié)點間通信距離其中，ω為工作角頻率，μ為介質(zhì)磁導(dǎo)率，Nt、Nr分別表示發(fā)送線圈和接收線圈的匝數(shù)，at、ar分別為發(fā)送線圈和接收線圈的線圈半徑，G為導(dǎo)電介質(zhì)中由渦流損耗帶來的感應(yīng)電壓衰減系數(shù)，It1、It2和It3分別為分時依次加載在三個發(fā)送線圈上的電流強(qiáng)度；4-2節(jié)點B在節(jié)點A的坐標(biāo)系中的三個軸坐標(biāo)值分別為節(jié)點A即為水下磁感應(yīng)發(fā)送節(jié)點，節(jié)點B即為水下磁感應(yīng)接收節(jié)點： 中間估計量節(jié)點B在節(jié)點A的坐標(biāo)系中一種可能的坐標(biāo)k為可能坐標(biāo)情況的編號，k∈{1,2,3,4,5,6,7,8}，其余坐標(biāo)位于坐標(biāo)系內(nèi)的其它卦限，與之呈軸對稱或中心對稱；4-3對于每一種計算得到節(jié)點A在節(jié)點B坐標(biāo)系中的可能位置：根據(jù)得到節(jié)點A的坐標(biāo)系下的磁場方向矩陣為 根據(jù)Um和S得到節(jié)點B的坐標(biāo)系下的磁場方向矩陣為得到旋轉(zhuǎn)矩陣將A坐標(biāo)系的原點Y＝[0,0,0]T代入ΩX+D＝Y(jié)，估計得到節(jié)點A在節(jié)點B坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為平移矩陣4-4對八種情況遍歷完畢，選擇值最小時對應(yīng)的作為定位結(jié)果。

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