本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸配電行業(yè)飛行器巡線自動檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置與跟蹤方法。

背景技術(shù)：

目前，電力公司對輸電線路的維護、檢測和搶修等作業(yè)，基本上依然按照區(qū)段劃分任務(wù)，依靠人工現(xiàn)場對線路巡情況進行檢查。線路缺陷發(fā)現(xiàn)的及時和準確性，取決于巡線員業(yè)務(wù)能力、責任心和班組管理人員的監(jiān)察巡視的落實，不能杜絕因巡視不到位引發(fā)的各種事故的發(fā)生。同時，有些輸電線路架設(shè)在深林、濕地、高山地區(qū)，人員到達緩慢、困難、效率低，不可能做到定期巡視維護，冰雪、地震、洪澇災(zāi)害等惡劣自然條件下巡檢難度更大。目前取代人工巡線的主要方法是采用無人機巡檢作業(yè)，包括遙控巡檢飛行和自主避障跟蹤巡檢飛行兩種作業(yè)方式，兩種作業(yè)方式都需要飛行器與輸電線路保持合理的距離和相對位置，方便的線路跟蹤、避障技術(shù)等，現(xiàn)有的針對工況線路的并沒有較好的技術(shù)實現(xiàn)上述目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置與跟蹤方法，能夠自動識別輸電線路空間位置，進而為飛行器提供導(dǎo)航、跟蹤、控制信號的空中跟蹤傳感裝置，以實現(xiàn)飛行器的避障、自動跟蹤巡線飛行功能。

本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置，包括無人機機體、垂直設(shè)置在無人機機體頭部的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置、設(shè)置在無人機機體內(nèi)部的陣列掃描與采集控制電路、姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器和飛行控制器構(gòu)成；所述的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸出端連接無人機機體內(nèi)部的陣列掃描與采集控制電路的輸入端，無人機機體內(nèi)部的陣列掃描與采集控制電路的輸出端連接姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器的輸入端，姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器的與飛行控制器的電連接；

所述的陣列掃描與采集控制電路包括濾波調(diào)理電路、外部基準電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列掃描與采集控制器和DIP開關(guān)，所述被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸出端連接濾波調(diào)理電路輸入端，濾波調(diào)理電路的輸出端通過高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，外部基準電路的輸出端也高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，DIP開關(guān)與陣列掃描與采集控制器相連接，陣列掃描與采集控制器的輸出端連接被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸入端。

所述的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置包括基板，基板上設(shè)置有驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路和多個磁感應(yīng)子單元，所述多個電磁感應(yīng)子單元陣列均勻設(shè)置，記為M*N列矩陣，則驅(qū)動電路包括行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路、N路列驅(qū)動電路和M*N個與門電路，磁感應(yīng)子單元與與門電路一一對應(yīng)；所述的行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路和N路驅(qū)動電路均為NPN三極管，每一行所在的電磁感應(yīng)子單元對應(yīng)一個行NPN三極管進行驅(qū)動，每一列所在的電磁感應(yīng)子單元對應(yīng)一個列NPN三極管進行驅(qū)動，行總驅(qū)動電路為一個行總驅(qū)動NPN三極管；

所述的電磁感應(yīng)子單元包括有一對電感線圈、第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管和第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管，所述的一對電感線圈由兩個正交分布的電感串聯(lián)組成，所述一對電感線圈的一端連接第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的集電極，第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管發(fā)射極同時連接第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極；

所述任意一個在同一行電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極均與所在行對應(yīng)行NPN三極管的集電極相連接；其中M-1個行NPN三極管的發(fā)射極均與行總驅(qū)動NPN三極管的集電極相連接，剩余一個行NPN三極管的發(fā)射極與行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極相連接，行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極接地連接，所述M個行NPN三極管和行總驅(qū)動NPN三極管的基極均為驅(qū)動電路輸入端；

所述任意一個在同一列電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極均與所在列對應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接，同時由下到上，下方電磁感應(yīng)子單元中一對電感線圈的另一端與與其相鄰的上方電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極相連，同一列最上方的電磁感應(yīng)子單元中一對電感線圈的另一端與所在列對應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接；

所述任意一個行NPN三極管的基極同時與所在行中任意一個電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的基極和所在行中任意一個與門電路的第一輸入端相連接；所述任意一個列NPN三極管的基極分別與所在列中任意一個與門電路的第二輸入端相連接，任意一個與門電路的輸出端與與其對應(yīng)的電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的基極相連接；

所述N個列NPN三極管的集電極相互連接后分別與穩(wěn)壓電路的輸出端和采樣電路的輸入端相連接。

所述的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD9223搭配外部基準電路組成高速采樣電路。

所述的陣列掃描與采集控制器采用STM32F104，運算速度遠遠高于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9223的采樣速率。

陣列掃描與采集和姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理包括有第一處理器和第二處理器，第一數(shù)據(jù)處理器控制掃描與采集處理器進行本周期掃描與采集的同時，第二數(shù)據(jù)處理器對上一周期采集到的的數(shù)據(jù)進行處理，并把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到飛控系統(tǒng)中，從而大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，滿足飛行器飛控實時信息輸出的要求。

一種基于如權(quán)利要求1所述的工頻輸電線路和設(shè)備的跟蹤方法，包括如下步驟：

A：首先，啟動工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置，手動操作空氣其飛向待測工頻輸電線路周圍，然后啟動自動追蹤功能；

B：自動追蹤功能啟動時，由螺旋管電感線圈組成n×m矩陣型電磁場傳感陣列即開始實時測量工作，陣列掃描與采集控制器按照設(shè)定方式控制n×m矩陣型電磁場傳感陣列，并將采集到的信息傳輸給的姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器；

C：姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器對接受到的數(shù)據(jù)信息進行數(shù)據(jù)處理，從而判定當前工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置距離輸電線路的距離遠近以及工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置與輸電線路空間敷設(shè)走向是否保持一致，如果一致，繼續(xù)保持當前飛行測量狀態(tài)，如果不一致，則通過飛行控制器調(diào)整，使工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置與輸電線路距離和空間敷設(shè)走向保持一致。

所述步驟C中判定當前工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置距離輸電線路的距離遠近中，距輸電線X距離P點位置的磁場分布由下式確定

對于無限長輸電線有

P點處電感為L的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

ε＝NSB＝NSB_m cosθsin(ωt)＝ε_m cosθsin(ωt)

其中，N是線圈匝數(shù)，S是線圈橫截面積，與線圈自感L有關(guān)，θ是磁感應(yīng)強度矢量方向B與線圈軸線的夾角、且與線圈在磁場中的姿態(tài)位置有關(guān)，當頻率、電感一定時，電感兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢正比于距離X，ε∝LB_m sin(ωt)∝L/X。

傳感陣列組件與陣列掃描與采集控制器之間還保含有穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路、濾波調(diào)理電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。

所述的步驟中所述設(shè)定方式包括如下方式：逐點掃描、逐行掃描、逐列掃描，從而快速掃描驅(qū)動和信號采集。

本發(fā)明通過設(shè)定被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置對輸電線路周圍磁場進行實時的告訴采樣，并通過數(shù)據(jù)的分析比較優(yōu)化采樣的頻率和時間，從而使陣列掃描與采集控制電路采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到進行姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器，分別通過姿態(tài)數(shù)據(jù)處理器對飛控姿態(tài)進行控制分析，同時通過距離數(shù)據(jù)處理器對無人機距離輸電線路的遠近進行實時控制，完成無人飛機控制系統(tǒng)順利完成沿輸電線路進行信息采集的任務(wù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路原理框圖；

圖2為本發(fā)明所述被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明所述單個電磁感應(yīng)子單元的局部接線示意圖；

圖4為本發(fā)明所述諧振采樣電路及等效電路示意圖；

圖5為本發(fā)明的流程圖；

圖6為本發(fā)明所述輸電線路周圍磁場計算示意圖；

圖7本發(fā)明所述距輸電線X距離P點位置的磁場分布圖。

具體實施方式

如圖1-6所示，本發(fā)明一種工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置，包括無人機機體、垂直設(shè)置在無人機機體頭部的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置、設(shè)置在無人機機體內(nèi)部的陣列掃描與采集控制電路、姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器和飛行控制器構(gòu)成；所述的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸出端連接無人機機體內(nèi)部的陣列掃描與采集控制電路的輸入端，無人機機體內(nèi)部的陣列掃描與采集控制電路的輸出端連接姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器的輸入端，姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器的與飛行控制器的電連接；

所述的陣列掃描與采集控制電路包括濾波調(diào)理電路、外部基準電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列掃描與采集控制器和DIP開關(guān)，所述被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸出端連接濾波調(diào)理電路輸入端，濾波調(diào)理電路的輸出端通過高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，外部基準電路的輸出端也高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，DIP開關(guān)與陣列掃描與采集控制器相連接，陣列掃描與采集控制器的輸出端連接被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸入端。

所述的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置包括基板，基板上設(shè)置有驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路和多個磁感應(yīng)子單元，所述多個電磁感應(yīng)子單元陣列均勻設(shè)置，記為M*N列矩陣，則驅(qū)動電路包括行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路、N路列驅(qū)動電路和M*N個與門電路，磁感應(yīng)子單元與與門電路一一對應(yīng)；所述的行總驅(qū)動電路、M路行驅(qū)動電路和N路驅(qū)動電路均為NPN三極管，每一行所在的電磁感應(yīng)子單元對應(yīng)一個行NPN三極管進行驅(qū)動，每一列所在的電磁感應(yīng)子單元對應(yīng)一個列NPN三極管進行驅(qū)動，行總驅(qū)動電路為一個行總驅(qū)動NPN三極管；所述的電磁感應(yīng)子單元包括有一對電感線圈、第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管和第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管，所述的一對電感線圈由兩個正交分布的電感串聯(lián)組成，所述一對電感線圈的一端連接第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的集電極，第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管發(fā)射極同時連接第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極；所述的電感線圈采用螺旋管電感線圈。

所述任意一個在同一行電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極均與所在行對應(yīng)行NPN三極管的集電極相連接；其中M-1個行NPN三極管的發(fā)射極均與行總驅(qū)動NPN三極管的集電極相連接，剩余一個行NPN三極管的發(fā)射極與行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極相連接，行總驅(qū)動NPN三極管的發(fā)射極接地連接，所述M個行NPN三極管和行總驅(qū)動NPN三極管的基極均為驅(qū)動電路輸入端；

所述任意一個在同一列電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極均與所在列對應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接，同時由下到上，下方電磁感應(yīng)子單元中一對電感線圈的另一端與與其相鄰的上方電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的發(fā)射極相連，同一列最上方的電磁感應(yīng)子單元中一對電感線圈的另一端與所在列對應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接；

所述任意一個行NPN三極管的基極同時與所在行中任意一個電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的基極和所在行中任意一個與門電路的第一輸入端相連接；所述任意一個列NPN三極管的基極分別與所在列中任意一個與門電路的第二輸入端相連接，任意一個與門電路的輸出端與與其對應(yīng)的電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的基極相連接；

所述N個列NPN三極管的集電極相互連接后分別與穩(wěn)壓電路的輸出端和采樣電路的輸入端相連接；所述的諧振采樣電路包括多個電容和低阻開關(guān)，其中第一一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，其余電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，其余電容的另一端通過低阻開關(guān)接地。所述的諧振采樣電路中電容為獨石電容。諧振采樣電路是由可控連接的多個并聯(lián)電容組成，不同的掃描采集工作模式，諧振采樣等效電容對應(yīng)的容值不同，以匹配不同的諧振等效電感。如圖4所示，本發(fā)明實施例中，諧振采樣電路包括多個電容和低阻開關(guān)，其中電容C₃一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，C₄和C₅電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端通過低阻開關(guān)接地。諧振采樣電路獲取的數(shù)據(jù)組經(jīng)由陣列掃描與采集控制器，按照設(shè)計的算法進行幅值判別處理與存儲，由此可將50H_Z交流信號每單周期的幅值采樣時間縮短至小于5ms。某單元(或某列，或某行)選通、采樣、幅值判別處理與存儲后，依次進行下一單元(下一列，下一行)的重復(fù)操作，直至完成全部單元的操作，此為一個完整的掃描采樣周期。傳感陣列組件在陣列掃描與采集控制器的控制下，按照上述過程循環(huán)往復(fù)的持續(xù)工作。進一步等效后的電路，其中等效電容C取決于諧振電容選擇控D₁₂和D₁₃，D₁₂和D₁₃的不同組合與陣列掃描工作模式相對應(yīng)，如下表所示。

所述的低阻開關(guān)，采用雙路低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)器件MAX4608；C₃，C₄，C₅電容器采用獨石電容。

對于50H_Z的工頻信號，由諧振頻率的計算公式可知

其中f₀＝50H_Z，則有

應(yīng)用例中選L＝100MH，帶入上式可計算出

C＝101.32pF

取C＝100pF，根據(jù)不同的掃描工作模式，對應(yīng)上表和電路圖，即可計算出C₃，C₄和C₅。

傳感陣列裝置作為輸電線周圍磁場信息探測、檢測環(huán)節(jié)，由掃描采集控制環(huán)節(jié)控制，實現(xiàn)磁場分布狀態(tài)與強度信息的采集，再由后續(xù)數(shù)據(jù)信號處理環(huán)節(jié)解算出被探測目標(高壓輸電線路)的位置、距離等信息。

包括有插座，所述插座設(shè)置在基板的一側(cè)，且諧振采樣電路的各個接線均與插座相連接。所述的插座為24線，其中連接列驅(qū)動電路10根線、行驅(qū)動電路11根線、1路地線、1路電源線、1路信號輸出線。本發(fā)明中通過陣列掃描與采控制器可設(shè)定、轉(zhuǎn)換多種掃描和采樣工作模式，以適應(yīng)不同應(yīng)用要求。高精度穩(wěn)壓電路為天線裝置提供高穩(wěn)定度的直流電源，陣列掃描與采集控制器控制列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路，可以按照設(shè)定順序依次選通n×m矩陣諸單元、或逐列、或逐行、或全部單元，被選通的電磁感應(yīng)線圈和諧振采樣等效電容組成諧振信號采集器，采集到的電磁感應(yīng)信號經(jīng)濾波調(diào)理電路處理后，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對其進行高速采樣。

以下將對本發(fā)明的優(yōu)先實施例進行詳細的描述；應(yīng)當理解，優(yōu)先實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

所述10×10矩陣型電磁場傳感陣列有100個磁感應(yīng)單元按照10行、10列分布，

本發(fā)明的磁感應(yīng)單元，每個磁感應(yīng)單元由2個電感線圈和2個低導(dǎo)通電阻開關(guān)管組成，兩個電感量L₁＝L₂＝50mH、外形9×12mm的線圈分別安裝在電路板的正反面，成正交分布。列驅(qū)動和行驅(qū)動有效時(高電平)，對應(yīng)單元的電感被選通(L₁和L₂)，與諧振電容C組成并聯(lián)諧振采樣電路，在低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的控制下掃描和采樣工作模式不同，對應(yīng)C的取值不同，工作于逐列掃描采集模式C＝C₃、逐點掃描采集模式C是C₃和C₄的并聯(lián)、逐行掃描采集模式C是C₃和C₄及C₅三者并聯(lián)，諧振采樣電路對磁感應(yīng)信號進行采集。與此同時，Q₃處于截止狀態(tài)，當列驅(qū)動有效而行驅(qū)動無效時，Q₃處于導(dǎo)通狀態(tài)而將本單元的電感短路，此時處于同列其它行(非本行)單元的采樣時段。其中第i行、第j列的單元電路如圖3所示。需要說明的是，為了便于描述單元電路的特點與工作原理，對本單元周邊的電路做了簡化或等效處理。概括的描述，本發(fā)明中單元電路與外部的連接信號有六類九處：

A點，接列控制信號L_j，高電平有效，Q_Lj導(dǎo)通，選通該列；反之Q_Lj截止。

B、C點，C接下一列對應(yīng)的列驅(qū)動管，B接列上一列對應(yīng)的列驅(qū)動管直到諧振采樣電路，各列是并聯(lián)關(guān)系。BC通道也稱為列選擇通道。

D點，接行控制信號H_i，高電平有效，Q_Hi導(dǎo)通，選通該行，通過行控制管Q_H10接地(逐點掃描和逐行掃描工作模式時，H₁₀為低電平，行控制管Q_H10導(dǎo)通)，或通過Q_H9接地(逐列掃描和面掃描工作模式時，H₁₀為高電平，Q_H10截止；而此時H₁₀為高電平，Q_H9導(dǎo)通，各列的串聯(lián)信號經(jīng)Q_H9接地)。

E點，接行控制管Q_H10(除最后行外)后到地。逐點掃描和逐行掃描工作模式時，Q_H10導(dǎo)通；逐列掃描和面掃描工作模式時，Q_H10截止。

F點，接下一行對應(yīng)的與門。

G點，接下一行對應(yīng)的電感。

K點，為0～9個信號，逐行信號數(shù)量遞減，每個信號連接本列后面各單元的短接管Q’_ij。

S點，接前一列的行選擇通道，由行驅(qū)動管Q_Hi控制該通道與地線的“通”與“斷”。

L，單元電感，由兩個電感L₁和L₂串聯(lián)組成，取L₁＝L₂，采用9X12-50MH電感(定制)。

選通單元的簡化等效電路就是一個等效電感L。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的掃描工作模式描述如下：

(1)逐點掃描模式

某行驅(qū)動信號有效，某列驅(qū)動信號有效，行控制信號有效，則選通某單元。依次選通各單元，如

(2)逐行掃描模式

某行驅(qū)動信號有效，全列驅(qū)動信號有效，行控制信號有效，則選通某行。依次選通各行，如

(3)逐列掃描模式

某列驅(qū)動信號有效，全行驅(qū)動信號有效，行控制信號無效，則選通某列。依次選通各列，如

(4)面掃描模式

全列驅(qū)動信號有效，全行驅(qū)動信號有效，行控制信號無效，則選通整個整列，如

本發(fā)明能夠通過被動式陣列電感線圈實時感知輸電線是否存在，通過結(jié)合多個掃描模式，進一步的感知飛行器相對輸電線的距離信息和位置角度信息，為后續(xù)信號處理電路提供判別依據(jù)。本發(fā)明搭載無人機能夠自動識別輸電線路空間位置，進而為飛行器提供導(dǎo)航、跟蹤、控制信號的空中跟蹤傳感裝置，以實現(xiàn)飛行器的避障、自動跟蹤巡線飛行功能，具有非常廣闊的市場前景。

一種基于上文所述的工頻輸電線路和設(shè)備的跟蹤方法，如圖5所示，包括如下步驟，

A：首先，啟動工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置，手動操作空氣其飛向待測工頻輸電線路周圍，然后啟動自動追蹤功能；

B：自動追蹤功能啟動時，由螺旋管電感線圈組成n×m矩陣型電磁場傳感陣列即開始實時測量工作，陣列掃描與采集控制器按照設(shè)定方式控制n×m矩陣型電磁場傳感陣列，并將采集到的信息傳輸給的姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器；具體包括如下步驟：步驟1：通過陣列掃描與采集控制器對由多個電磁感應(yīng)子單元陣列設(shè)置的被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置進行控制采集：任選一個電磁感應(yīng)子單元，做為采樣起始，陣列掃描與采集控制器控制高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器以頻率為U的采樣速率(則周期為1/U)，連續(xù)對被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置進行采樣，并把采集到的N個數(shù)據(jù)組成一個數(shù)據(jù)幀，把得到的數(shù)據(jù)幀依次發(fā)送到陣列掃描與采集控制器；對于50H_Z的工頻信號，由諧振頻率的計算公式可知

其中f₀＝50H_Z，則有

應(yīng)用例中選L＝100MH，帶入上式可計算出

C＝101.32pF

取C＝100pF，根據(jù)不同的掃描工作模式，對應(yīng)上表和電路圖，即可計算出C₃，C₄和C₅。

傳感陣列裝置作為輸電線周圍磁場信息探測、檢測環(huán)節(jié)，由掃描采集控制環(huán)節(jié)控制，實現(xiàn)磁場分布狀態(tài)與強度信息的采集，再由后續(xù)數(shù)據(jù)信號處理環(huán)節(jié)解算出被探測目標(高壓輸電線路)的位置、距離等信息。

步驟2：陣列掃描與采集控制器對獲取的當前數(shù)據(jù)幀中的N個數(shù)據(jù)依次進行數(shù)字濾波、閾值比對以及對其進行是否為極值點或零點的判斷；

步驟3：如果當前數(shù)據(jù)幀的情況不滿足極值點或零點條件，則進行下一數(shù)據(jù)幀的采樣判斷；反之，當前數(shù)據(jù)幀滿足極值點或者零點條件，停止接收下一數(shù)據(jù)幀；

步驟4：對滿足極值點或者零點條件的數(shù)據(jù)幀的平均值進行幅值提取處理，存儲幅值，完成當前采樣單元的掃描采集；

步驟5：重復(fù)步驟A-D按照采樣順序?qū)ζ渌蓸訂卧M行掃描采集，直到完成設(shè)定時間周期的所有掃描。

所述步驟4中由于是連續(xù)采樣，所以在得到極值數(shù)據(jù)的同時，也或獲得了一定數(shù)量的附近點數(shù)據(jù)，理論上由極值點數(shù)據(jù)和任一附近點數(shù)據(jù)即可得到信號幅值參數(shù)，但多個附近點數(shù)據(jù)的參與計算，可以修正最終幅值參數(shù)誤差，提高精度，所述的精度誤差的修正過程包括以下步驟：

步驟41：被測量曲線表達式

被測量曲線極值為

步驟42：若Y_p是最大值，則Y_p＝A_m，Y_p是實測值，得到幅值；

若Y_p是最小值，則Y_p＝-A_m，Y_p是實測值，得到幅值；

步驟43：若Y_p是零，則有結(jié)合任一鄰近數(shù)據(jù)

建立方程組求解，其中只有A_m和兩個未知數(shù)，故也可得到幅值。把

C：姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器對接受到的數(shù)據(jù)信息進行數(shù)據(jù)處理，從而判定當前工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置距離輸電線路的距離遠近以及工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置與輸電線路空間敷設(shè)走向是否保持一致，如果一致，繼續(xù)保持當前飛行測量狀態(tài)，如果不一致，則通過飛行控制器調(diào)整，使工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置與輸電線路距離和空間敷設(shè)走向保持一致。

傳感陣列組件與陣列掃描與采集控制器之間還保含有穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路、濾波調(diào)理電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。所述的步驟中所述設(shè)定方式包括如下方式：逐點掃描、逐行掃描、逐列掃描，從而快速掃描驅(qū)動和信號采集。

由被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置、陣列掃描與采集控制電路、姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器三部分組成，被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置與后續(xù)控制、信息處理環(huán)節(jié)的關(guān)系見檢測與跟蹤方法原理框圖1所示。

被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置采用由螺旋管電感線圈組成n×m矩陣型電磁場傳感陣列作為輸電線路沿線空間磁場感知裝置(距離輸電線路越近，磁場強度越高)，根據(jù)輸電線路空間敷設(shè)走向(通常是平行于地面)，傳感陣列平面與輸電線保持平行且垂直于地面(該位置狀態(tài)由飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)實現(xiàn))。

依據(jù)輸電線路的特定電壓等級以及飛行器的空間坐標(飛行器自帶衛(wèi)星定位接收機)，實時感知輸電線的存在與否？感知飛行器相對輸電線的距離信息和位置角度信息，為后續(xù)信號處理電路提供判別依據(jù)，如圖2所示。陣列掃描與采集控制電路按照一定方式控制n×m矩陣型電磁場傳感陣列，可逐點掃描、逐行掃描、逐列掃描等，實現(xiàn)快速掃描驅(qū)動和信號采集，并將信息傳輸給后面的姿態(tài)與數(shù)據(jù)處理器。姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器按照特別設(shè)計的快速數(shù)據(jù)處理算法，通過數(shù)字濾波、曲線擬合算法處理，解算出姿態(tài)參數(shù)、距離參數(shù)并實時傳送至機載飛空系統(tǒng)，用于調(diào)整飛行器的飛行軌跡，實現(xiàn)對輸電線路的自動跟蹤與壁障飛行。

以下將對本發(fā)明的優(yōu)先實施例進行詳細的描述；應(yīng)當理解，優(yōu)先實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

被動式陣列磁感應(yīng)天線裝置包括n×m矩陣型電磁場傳感陣列、列驅(qū)動電路、行驅(qū)動電路、諧振采樣電路、高精度穩(wěn)壓電路，陣列掃描與采集控制電路由濾波調(diào)理電路、外部基準電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列掃描與采集控制器和DIP開關(guān)組成，姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器采用ARM內(nèi)核處理器。

傳感陣列組件由高精度穩(wěn)壓源供電，陣列掃描與采集控制器控制列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路，可以按照設(shè)定順序依次選通n×m矩陣諸單元，被選通的電磁感應(yīng)線圈和諧振采樣電容組成諧振信號采樣電路，采集到的電磁感應(yīng)信號經(jīng)濾波調(diào)理電路處理后，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對其進行高頻采樣，采樣獲取的數(shù)據(jù)組由陣列掃描與采集控制器，按照設(shè)計的算法進行幅值判別處理與存儲，由此可將50H_Z交流信號的幅值采樣時間縮短至小于5ms。每單元選通、采樣、幅值判別處理與存儲后，依次進行下一單元的重復(fù)操作，直至完成全部單元的操作，此為一個完整的掃描采樣周期。傳感陣列組件在陣列掃描與采集控制器的控制下，按照上述過程循環(huán)往復(fù)的持續(xù)工作。

每個掃描采樣周期所采集存儲的數(shù)據(jù)組，在本周期的最后階段通過高速串口傳輸給姿態(tài)與距離數(shù)據(jù)處理器，處理器根據(jù)本周期的數(shù)據(jù)安裝設(shè)計算法解算出方位、俯仰、橫滾、距離等參數(shù)，并實時傳輸給機載飛控系統(tǒng)。如圖6所示，所述步驟C中判定當前工頻輸電線路和設(shè)備的檢測裝置距離輸電線路的距離遠近中，距輸電線X距離P點位置的磁場分布由下式確定

對于無限長輸電線有

P點處電感為L的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為

ε＝NSB＝NSB_m cosθsin(ωt)＝ε_m cosθsin(ωt)

其中，N是線圈匝數(shù)，S是線圈橫截面積，與線圈自感L有關(guān)，θ是磁感應(yīng)強度矢量方向B與線圈軸線的夾角、且與線圈在磁場中的姿態(tài)位置有關(guān)，當頻率、電感一定時，電感兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢正比于距離X，ε∝LB_m sin(ωt)∝L/X。

距輸電線X距離P點位置的磁場分布圖如圖7所示。依據(jù)傳感陣列各單元的檢測數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建出輸電線路與傳感陣列間的相對位置關(guān)系(方位角α、俯仰角β、橫滾角γ)與距離參數(shù)(X)。而飛行控制參數(shù)的中通過得到各個磁感應(yīng)子單元點與輸電傳輸線路的距離進行調(diào)整姿態(tài)為飛行控制領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再贅述。

本發(fā)明所述的高壓輸電線路通常沿與地面平行方向架空敷設(shè)，依據(jù)電壓等級不同線路與地面的距離是固定的某確定值(斜坡、丘陵地帶也是如此)。傳感陣列組件與陣列掃描與采集控制器之間還保含有穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路、濾波調(diào)理電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等，系統(tǒng)控制電路原理如圖1所示。