CN114610079B - 一种基于极低频磁传感的二维控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于极低频磁传感的二维控制方法和***，由控制端进行处理，所述方法包括：获取执行端极低频码元的发射电压；获取执行端目标位置的相对方向；接收到所述执行端极低频码元后，根据执行端极低频码元的发射电压和执行端极低频码元的实际衰减后接收电压，计算传播距离，获取执行端的定位结果，通过码元发送给执行端。该方法主要是通过一个将控制端与执行端之间发射通讯信号极低频码元，将极低频码元的变化电压转化成距离值，得到控制端与执行端的定位关系，再发送定位结果，用以调整来实现精准的位置控制，解决了以极低频信号作为通信信号的工业场景中，控制端难以控制执行机械精准达到目标位置的问题。

Description

一种基于极低频磁传感的二维控制方法及***

技术领域

本申请涉及定位控制技术领域，尤其涉及一种基于极低频磁传感的二维控制方法及***。

背景技术

极低频电磁波(Extremely low frequency，简称ELF)是指频率由3Hz至3kHz，波长为10000公里至100000公里的无线电波。在通信上，在透岩层、海水及金属管壁等金属元素围绕的环境中，常规电磁学、光学、声学等领域的成熟的通信技术往往被屏蔽掉，导致无法应用。根据电磁场理论研究与实验证明，电磁波贯穿金属的能力与波长有关，波长越长，穿透金属的能力越强。利用极低频电磁波频率低，波长较长的这一特点，可以实现在金属围绕的环境中传输通信。

在实际应用中，一般是将极低频电磁波作为通讯信号，来实现在矿区、海底和管道等金属环绕场景中的通信。但目前在上述利用极低频电磁波作为通讯信号的场景中，缺少一种控制方法，能够有效控制正在作业的机器到达指定的目标位置。例如，在管道作业方面，主控机器通过极低频电磁波控制自动试别管道漏点的机器人。但有时候虽然仍然能够控制机器人的动作，但由于管道错综复杂，机器人打滑等原因，无法精确地控制机器人到达目标位置的情况。

因此，在极低频信号作为唯一通信信号的应用场景中，控制机器人能到精确到达目标位置的控制方法及***。

发明内容

本申请提供了一种基于极低频磁传感的二维控制方法及***，为了解决现有技术中的在极低频信号作为唯一通信信号的工业场景中，无法精确地控制机器人到达目标位置的情况的问题。

第一方面，本申请提供了一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用于基于极低频磁传感的二维控制***的控制端，二维定位***包括控制端与执行端，所述方法包括：

获取执行端发射第一码元的第一发射电压，所述第一码元是指执行端采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指所述执行端发射所述第一码元时的发射电压；

获取执行端相对于控制端的相对方向；

接收到所述第一码元后，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，所述第一接收电压为控制端接收到所述第一码元时的接收电压；

基于所述相对方向和所述第一传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果；

发送调整码元给执行端，所述调整码元附带上定位结果，所述调整码元是采用极低频向执行端发送的码元。

进一步地，所述接收到所述第一码元后，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，为：

向执行端以第二发射电压发射第二码元，所述第二码元是指采用极低频向执行端发送的码元，所述第二发射电压是指发射所述第二码元时的发射电压；

接收所述第一码元，所述第一码元附带有第二传播距离；

根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，所述第一接收电压为控制端接收到所述第一码元时的接收电压；

判断第一传播距离和第二传播距离是否一致，若一致，则确认第一传播距离；

若不一致，则重新执行，向执行端以第二发射电压发射第二码元。

进一步地，所述***的控制端包括主配收发装置和冗余收发装置，且主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值；所述方法包括，

所述接收到执行端极低频码元后，根据执行端极低频码元的发射电压和执行端极低频码元的实际衰减后接收电压，计算传播距离，作为控制端到执行端的距离，为：

通过主配收发装置向执行端以第二主配发射电压发射第二主配码元，所述第二主配码元是指主配收发装置采用极低频向执行端发送的码元，所述第二主配发射电压是指所述主配收发装置发射所述第二主配码元时的发射电压；

通过主配收发装置接收第一主配码元，所述第一主配码元附带有第二主配传播距离；

根据第一主配发射电压和第一主配接收电压，计算第一主配传播距离，所述第一主配接收电压为控制端接收到所述第一主配码元时的接收电压；

判断第一主配传播距离和第二主配传播距离是否一致，若一致，则确认第一主配传播距离；

若不一致，则重新执行，通过主配收发装置向执行端以第二主配发射电压发射第二主配码元；

通过冗余收发装置向执行端以第二冗余发射电压发射第二冗余码元，所述第二冗余码元是指冗余收发装置采用极低频向执行端发送的码元，所述第二冗余发射电压是指所述冗余收发装置发射所述第二冗余码元时的发射电压；

通过冗余收发装置接收所述第一冗余码元，所述第一冗余码元附带有第二冗余传播距离；

根据第一冗余发射电压和第一冗余接收电压，计算第一冗余传播距离，所述第一冗余接收电压为控制端接收到所述第一冗余码元时的接收电压；

判断第一冗余传播距离和第二冗余传播距离是否一致，若一致，则确认第一冗余传播距离；

若不一致，则重新执行，通过冗余收发装置向执行端以第二冗余发射电压发射第二冗余码元；

所述基于所述相对方向和所述第一传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果，为：

基于所述相对方向、第一主配传播距离和第一冗余传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果。

第二方面，本申请提供了一种实现访客终端控制智能家居设备的方法，应用于基于极低频磁传感的二维控制***的执行端，所述方法为：

获取控制端发射第二码元的第二发射电压，所述第二码元是指控制端采用极低频向控制端发送的码元，所述第二发射电压是指所述控制端发射所述第二码元时的发射电压；

以第一速度到达第一实际目标位置，所述第一实际目标位置是根据理论目标位置为目标而第一次到达实际位置；

接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离，所述第二接收电压为控制端接收到所述第二码元时的接收电压；

向控制端以第一发射电压发射第一码元且第一码元附带上第二传播距离，所述第一码元是采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指发射所述第一码元时的发射电压；

接收到所述调整码元后，所述调整码元附带上定位结果；

根据定位结果，以第二速度到达第二实际目标位置，所述第二实际目标位置是根据理论目标位置为目标而第二次到达实际位置，且第一速度大于第二速度。

进一步地，所述接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离，所述第二接收电压为控制端接收到所述第二码元时的接收电压，为：

接收到所述第二主配码元后，根据第二主配发射电压和第二主配接收电压，计算第二主配传播距离，所述第二主配接收电压为控制端接收到所述第二主配码元时的接收电压；

接收到所述第二冗余码元后，根据第二冗余发射电压和第二冗余接收电压，计算第二冗余传播距离，所述第二冗余接收电压为控制端接收到所述第二冗余码元时的接收电压；

向控制端以第一发射电压发射第一码元且第一码元附带上第二传播距离，所述第一码元是采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指发射所述第一码元时的发射电压，为：

向主配收发装置以第一主配发射电压发射第一主配码元且第一主配码元附带上第二主配传播距离，所述第一主配码元是采用极低频向主配收发装置发送的码元，所述第一主配发射电压是指发射所述第一主配码元时的发射电压；

向冗余收发装置以第一冗余发射电压发射第一冗余码元且第一冗余码元附带上第二冗余传播距离，所述第一冗余码元是采用极低频向冗余收发装置发送的码元，所述第一冗余发射电压是指发射所述第一冗余码元时的发射电压。

进一步地，根据发射电压和接收电压，计算传播距离，包括：

通过记录极低频码元发射电压、极低频码元的接收电压和传播距离的数据，建立数据库；

根据数据库中极低频码元的发射电压和极低频码元的接收电压，找到对应的传播距离。

进一步地，根据发射电压和接收电压，计算传播距离，包括：

基于安培环路定律与麦克斯韦第一方程，得出场强衰减与距离的关系；

基于电磁感应定律与麦克斯韦第二方程，得出场强与感应电压的关系；

根据出场强衰减与距离的关系和出场强与感应电压的关系，得到衰减电压与距离的映射关系；

根据衰减电压与距离的映射关系，计算出传播距离。

第三方面，本申请提供了一种实现访客终端控制智能家居设备的装备，所述***包括：控制端和执行端；

所述控制端包括控制端收发装置、控制端控制单元；所述执行端包括执行端收发装置、执行端控制单元和驱动电机；

所述控制端收发装置连接控制端控制单元，用于发射和接收极低频码元信号；

所述控制端控制单元，用于设计和识别极低频码元信号和极低频码元信号的电压；用于根据发射电压和接收电压，计算传播距离；根据相对方向和传播距离，用于定位；

所述执行端收发装置，连接控制端控制单元，用于发射和接收极低频码元信号；

所述执行端控制单元，用于设计和识别极低频码元信号和极低频码元信号的电压；用于根据发射电压和接收电压，计算传播距离；根据相对方向和传播距离，用于定位；用于控制驱动电机的速度和驱动电机驱动执行端所要到达的位置；

驱动电机，电连接执行端控制单元，用于根据执行端控制单元的速度和位置指示，驱动执行端；

主配收发装置和冗余收发装置，均用于发射和接收极低频码元信号，且分别连接控制端控制单元；

主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供的一种实现访客终端控制智能家居设备的方法和***，由控制端进行处理，所述方法包括：获取执行端极低频码元的发射电压；获取执行端目标位置的相对方向；接收到所述执行端极低频码元后，根据执行端极低频码元的发射电压和执行端极低频码元的实际衰减后接收电压，计算传播距离，获取执行端的定位结果，通过码元发送给执行端。该方法主要是通过一个将控制端与执行端之间发射通讯信号极低频码元，将极低频码元的变化电压转化成距离值，得到控制端与执行端的定位关系，再发送定位结果，用以调整来实现精准的位置控制，解决了以极低频信号作为通信信号的工业场景中，控制端难以控制执行机械精准达到目标位置的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种基于极低频磁传感的二维控制***的示意图；

图2为本发明实施例公开的一种基于极低频磁传感的二维控制方法的交互图；

图3为本发明实施例公开的一种基于极低频磁传感的二维控制方法的流程图；

图4为本发明实施例公开的另一种基于极低频磁传感的二维控制方法的交互图；

图5为本发明实施例公开的另一种基于极低频磁传感的二维控制***的示意图；

图6为本发明实施例公开的另一种基于极低频磁传感的二维控制方法的交互图；

图7为本发明实施例公开的一种基于极低频磁传感的二维控制方法的定位原理图；

图8为本发明实施例公开的一个清管器和探测车***的示意图；

图9为本发明实施例公开的一个清管器的定位原理示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中，在极低频作为唯一通信信号的应用场景中，难以精确控制执行机器到达指定位置的问题。本发明通过以下实施例公开一种基于极低频磁传感的二维控制方法及***。

极低频电磁波(Extremely low frequency，简称ELF)是指频率由3Hz至3kHz，波长为10000公里至100000公里的无线电波。在通信上，在透岩层、海水及金属管壁等金属元素围绕的环境中，常规电磁学、光学、声学等领域的成熟的通信技术往往被屏蔽掉，导致无法应用。根据电磁场理论研究与实验证明，电磁波贯穿金属的能力与波长有关，波长越长，穿透金属的能力越强。利用极低频电磁波频率低，波长较长的这一特点，可以实现在金属围绕的环境中传输通信。

在实际应用中，一般是将极低频电磁波作为通讯信号，来实现在矿区、海底和管道等金属环绕场景中的通信，利用了极低频电磁波的波长较长,穿透金属的能力的特点。本发明公开一种基于极低频磁传感的二维控制方法及***，来解决在极低频作为唯一通信信号的应用场景中，难以精确控制执行机器到达指定位置的问题。

图1是依据本发明的一实施例的一种基于极低频磁传感的二维控制***的示意图，包括控制端和执行端；控制端和执行端；所述控制端包括控制端收发装置与控制端控制单元；所述执行端包括执行端收发装置与执行端控制单元；所述控制端收发装置连接控制端控制单元，用于发射和接收码元信号；所述控制端控制单元，用于设计和识别码元信号和码元信号的电压；可以根据发射电压和接收电压计算传播距离；根据方向和传播距离，用于定位；所述执行端收发装置，用于发射和接收码元信号；所述执行端控制单元，用于设计和识别码元信号和码元信号的电压；可以根据发射电压和接收电压，计算传播距离；根据方向和传播距离，用于定位。控制端收发装置包括主配收发装置和冗余收发装置，用于发射和接收码元。驱动电机，电连接执行端控制单元，用于根据执行端控制单元的速度和位置指示，驱动执行端。

需要说明的是，本发明中的所***元，均为极低频的电磁波。所述码元，作为通讯信号，在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字。应用场景为将极低频电磁波作为通讯信号的金属元素围绕的环境，例如，透岩层、海水及金属管壁。本申请的***和方法均用于控制端和执行端在一个二维面中的控制，例如控制端和执行端在一个水平面上，或者控制端和执行端在一个管道截面中。

所述控制端用于指示执行端的运行，控制端和执行端通过码元实现通信。在实际应用中，控制端是一个控制中心，指导一个或者若干个执行端执行作业任务。所述执行端是控制端的被指示对象，根据控制端的指示进行操作，用于实现在金属元素围绕的环境中执行任务。

本申请的计算理论依据就是在一个码元的发射电压与接收的实际电压，来计算出传播的距离。需要说明的是，发射电压指的是在极低频电磁波离开所在发射装置的初始发射的电压；接收电压是指在极低频电磁波被所在接收装置的电压。发射电压由于极低频电磁波在介质中传播，会有一定程度的衰减，最终被接收装置时会变为接收电压，所以接收电压小于发射电压。

在实际应用中，计算具体可以通过两种方式，用以根据发射电压和接收电压，计算传播距离，计算传播距离。一种计算方式，通过记录极低频码元发射电压、极低频码元的接收电压和传播距离的数据，建立数据库；根据数据库中极低频码元的发射电压和极低频码元的接收电压，找到对应的传播距离。具体地，可以通过多次实验或者多次实际应用场景的数据来累积数据库。例如，在一个互相交错的管道应用场景中，将互相交错的管道视为一个密度均匀的介质，通过100次实验获取在衰减的电压值与传播的距离的对应数据，进而形成数据库，用以后续的计算。另一种计算方式是基于安培环路定律与麦克斯韦第一方程，得出场强衰减与距离的关系；基于电磁感应定律与麦克斯韦第二方程，得出场强与感应电压的关系；根据出场强衰减与距离的关系和出场强与感应电压的关系，得到衰减电压与距离的映射关系；根据衰减电压与距离的映射关系，计算出传播距离。例如，计算出一种简易的磁场强度随距离衰减遵的公式为：H＝μ·ρ·R³/3π·r²，其中，μ为介质等效磁导率，ρ为天线体电荷密度，R为天线半径，r为接收点到天线距离。

图2为本申请实施例一种基于极低频磁传感的二维控制方法的交互图。

本申请实施例一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用于基于极低频磁传感的二维控制***的控制端，二维定位***包括控制端与执行端，具体地，参见图3，包括如下步骤：

S110，获取执行端发射第一码元的第一发射电压，所述第一码元是指执行端采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指所述执行端发射所述第一码元时的发射电压。

首先，控制端获取获取执行端发射第一码元的第一发射电压。所述第一码元的第一发射电压，是用于后续步骤的计算第一距离使用。需要说明的是，由于执行端和控制端在一个***中，且相互实现通信，控制端可以确认第一发射电压；控制端需要在接收到第一码元的之前获取执行端将要发射第一码元的第一发射电压，进而在接受到第一码元时可以直接计算后续步骤中的。

S120，获取执行端相对于控制端的相对方向。

执行端到达第一实际目标位置时，控制端需要获取执行端相对于控制端的相对方向。由于控制端负责指示执行端运行，掌握执行端的行动路线，控制端有执行端的第一实际目标位置的信息。此第一实际目标位置为执行端相对于控制端的相对方向，并不需要通过其他方式获取。

第一实际目标位置是执行端以理论目标位置为目的，第一次到达的实际位置；第二次目标位置，是根据第一实际目标位置的定位结果，再次向理论目标位置为目的行进。第二次目标位置是根据第一实际目标位置的误差，调整后所达到的最终位置。

S130，接收到所述第一码元后，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，所述第一接收电压为控制端接收到所述第一码元时的接收电压。

当控制端需要获取执行端的定位位置时，执行端会向控制端发射以据第一发射电压发射第一码元。当控制端，通过控制端收发装置接收到所述第一码元后，获取第一码元对应的第一接收电压。由于第一码元的第一发射电压在介质中传播，导致电压下降，当被接收时，第一码元的开始时的第一发射电压当被接收到时，结束传播时变成了第一接收电压，控制端控制单元根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离。所述的第一传播距离也就是第一码元的传播距离，即从执行端到控制端的距离。

S140，基于所述相对方向和所述第一传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果。

由于所述第一传播距离，即为执行端到控制端的距离，所以以控制端为圆心，控制端到执行端的距离为半径，画圆，则执行端在以控制端为圆心的所述圆上。结合执行端相对于控制端的相对方向，也就是确定了执行端在所在圆上的唯一位置，控制端控制单元可以计算出，执行端相对于控制端的定位结果。所述定位结果是指第一实际目标位置的定位结果。

S150，发送调整码元给执行端，所述调整码元附带上定位结果，所述调整码元是采用极低频向执行端发送的码元。

此步骤的目的是给执行端发送目前在第一实际目标位置的定位结果，用以执行端的后续来调整。

对应地，一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用于执行端，参见图5，包括：

S210，以第一速度到达第一实际目标位置，所述第一实际目标位置是根据理论目标位置为目标而第一次到达实际位置。

此步骤中执行端先根据理论目标位置，以第一速度直接到达。所述第一速度实际应用中，因为目的不是为了调整和精度要求，所以可以直接快速到达。后续步骤中，以第一速度到达第一实际目标位置，是为了调整和精度要求。例如，执行端作为一个钻地机器人，需要钻土壤到达地面垂直下方3米的理论目标位置，而由于土壤中打滑等原因，仅仅到了垂直下方2.5米位置。这个第一次到达的2.5米的位置，为第一实际目标位置。

S220，向控制端以第一发射电压发射第一码元且第一码元，所述第一码元是采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指发射所述第一码元时的发射电压。

S230，接收到所述调整码元后，所述调整码元附带上定位结果，所述调整码元是采用极低频向执行端发送的码元。

S240，根据定位结果，以第二速度到达第二实际目标位置，所述第二实际目标位置是根据理论目标位置为目标而第二次到达实际位置，且第一速度大于第二速度。

以第二速度到达第二实际目标位置，是执行端根据目前自身的位置，做出的调整，已到达最接近的理论目标位置。同时，也因为第二实际目标位置是最终位置，第一速度的目的是不追求精度到达，第二速度是追求更高的精度，所以第一速度大于第二速度。

进一步的，参见图4，本发明实施例公开的另一种基于极低频磁传感的二维控制方法的交互图。所述方法，应用在控制端，所述接收到所述第一码元后，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，包括：

S111，向执行端以第二发射电压发射第二码元，所述第二码元是指采用极低频向执行端发送的码元，所述第二发射电压是指发射所述第二码元时的发射电压。

控制端先向执行端以第二发射电压发射第二码元，目的是为了通过以第二发射电压发射第二码元提供后续步骤中计算出第二传播距离，即从控制端到执行端的距离。

执行端，首先要获取控制端发射第二码元的第二发射电压，由于执行端和控制端在一个***中，且相互实现通信，执行端可以确认第二发射电压。执行端接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离。所述第二传播距离是来自于控制端到执行端，也就是执行端控制单元可以计算的第二传播距离为，即从控制端到执行端的距离。

S112，接收所述第一码元，所述第一码元附带有第二传播距离。

由于S11发射了第二发射电压发射第二码元，进而执行端可以计算出第二传播距离，所述第二传播距离被附带在第一码元上，为了后续步骤中的校对。

S113，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，所述第一接收电压为控制端接收到所述第一码元时的接收电压。

控制端计算出，第一传播距离，即第一码元从执行端到控制端的传输距离。

S114，判断第一传播距离和第二传播距离是否一致，若一致，则确认第一传播距离。

由于第二传播距离与第一传播距离，均为控制端到执行端的距离，所以第二传播距离与第一传播距离应为同一个数值，当数值相等时，说明第二传播距离校对第一传播距离成功，确认第一传播距离为准确。

S115，若不一致，则重新执行，向执行端以第二发射电压发射第二码元。

若不一致，说明第二传播距离和第一传播距离中两者中，至少存在错误产生，为了避免错误的结果，重新执行，向执行端以第二发射电压发射第二码元，直到校对成功。

对应地，所述方法，应用于执行端，还包括：

S211，获取控制端发射第二码元的第二发射电压，所述第二码元是指控制端采用极低频向控制端发送的码元，所述第二发射电压是指所述控制端发射所述第二码元时的发射电压。

S212，接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离，所述第二接收电压为控制端接收到所述第二码元时的接收电压。

通过控制端发射的第二码元，计算从控制端到执行端的距离，即第二传播距离。

S221，所述第一码元附带上第二传播距离。

在另一种优化的实施例中，发明实施例公开的另一种基于极低频磁传感的二维控制***的示意图。在所述***控制端收发装置包括：主配收发装置和冗余收发装置；主配收发装置和冗余收发装置，均用于发射和接收极低频码元信号，且分别连接控制端控制单元；主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值。

在此***中，将控制端收发装置分为了两个装置，即主配收发装置和冗余收发装置，用于分别测试出主配收发装置和冗余收发装置到执行端的距离。需要说明的是，主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值，是根据距离的计算精度而定。一般情况下，为了保证计算的准确性，执行端到控制端中心的距离在小于主配收发装置和冗余收发装置的距离的5倍。设计出两个装置的目的是分别计算出主配收发装置和冗余收发装置到执行端的距离，由于主配收发装置和冗余收发装置的距离固定，通过获取到主配收发装置、冗余收发装置和执行端的形成三角形位置关系，确定执行端的位置。

参见图6，为本发明实施例公开的另一种基于极低频磁传感的二维控制方法的交互图。

一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用在所述***的控制端，控制端包括主配收发装置和冗余收发装置，且主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值；所述方法包括：

所述接收到执行端极低频码元后，根据执行端极低频码元的发射电压和执行端极低频码元的实际衰减后接收电压，计算传播距离，作为控制端到执行端的距离，为：

S130-A，通过主配收发装置向执行端以第二主配发射电压发射第二主配码元，所述第二主配码元是指主配收发装置采用极低频向执行端发送的码元，所述第二主配发射电压是指所述主配收发装置发射所述第二主配码元时的发射电压。

S130-B，通过主配收发装置接收第一主配码元，所述第一主配码元附带有第二主配传播距离；

S130-C，根据第一主配发射电压和第一主配接收电压，计算第一主配传播距离，所述第一主配接收电压为控制端接收到所述第一主配码元时的接收电压。

S130-D，判断第一主配传播距离和第二主配传播距离是否一致，若一致，则确认第一主配传播距离。

S130-E，若不一致，则重新执行，通过主配收发装置向执行端以第二主配发射电压发射第二主配码元。

从S130-A到S130-E，是为了计算出主配收发装置到执行端的距离。

S130-F，通过冗余收发装置向执行端以第二冗余发射电压发射第二冗余码元，所述第二冗余码元是指冗余收发装置采用极低频向执行端发送的码元，所述第二冗余发射电压是指所述冗余收发装置发射所述第二冗余码元时的发射电压。

S130-G，通过冗余收发装置接收所述第一冗余码元，所述第一冗余码元附带有第二冗余传播距离。

S130-H，根据第一冗余发射电压和第一冗余接收电压，计算第一冗余传播距离，所述第一冗余接收电压为控制端接收到所述第一冗余码元时的接收电压。

S130-I，判断第一冗余传播距离和第二冗余传播距离是否一致，若一致，则确认第一冗余传播距离。

S130-J，若不一致，则重新执行，通过冗余收发装置向执行端以第二冗余发射电压发射第二冗余码元。

从S130-F到S130-J，是为了计算出冗余收发装置到执行端的距离。

所述基于所述相对方向和所述第一传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果，为：

S140-A，基于所述相对方向、第一主配传播距离和第一冗余传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果。

本方法确认了主配收发装置到执行端的距离，可以推导出执行端在以主配收发装置为圆心且主配收发装置到执行端的距离为半径的圆上；同时，确认了冗余收发装置到执行端的距离，可以推导出出执行端在以冗余收发装置为圆心且冗余收发装置到执行端的距离为半径的圆上；所以两个圆的交点位置为执行端所在的位置。由于两个圆形成的交点的数量为两个，结合之前步骤中获取的执行端的方向，可以判断其中一个交点为执行端的位置。所述计算过程由控制端控制单元执行。

具体地，参见图7，设主配收发装置到执行端的距离为R1，冗余收发装置到执行端的距离为R2。以主配收发装置为圆心以R1为半径做圆，以冗余收发装置为圆心以R2为半径做圆，形成两个交点。结合执行端相对于相对方向，可以确定其中一个交点，为执行端的现在的位置。

对应地，一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用在所述***的执行端，控制端包括主配收发装置和冗余收发装置，且主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值；所述方法包括：

所述接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离，所述第二接收电压为控制端接收到所述第二码元时的接收电压，为：

S211-A，接收到所述第二主配码元后，根据第二主配发射电压和第二主配接收电压，计算第二主配传播距离，所述第二主配接收电压为控制端接收到所述第二主配码元时的接收电压。

S211-B，接收到所述第二冗余码元后，根据第二冗余发射电压和第二冗余接收电压，计算第二冗余传播距离，所述第二冗余接收电压为控制端接收到所述第二冗余码元时的接收电压。

向控制端以第一发射电压发射第一码元且第一码元附带上第二传播距离，所述第一码元是采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指发射所述第一码元时的发射电压，为：

S221-A，向主配收发装置以第一主配发射电压发射第一主配码元且第一主配码元附带上第二主配传播距离，所述第一主配码元是采用极低频向主配收发装置发送的码元，所述第一主配发射电压是指发射所述第一主配码元时的发射电压。

S221-B，向冗余收发装置以第一冗余发射电压发射第一冗余码元且第一冗余码元附带上第二冗余传播距离，所述第一冗余码元是采用极低频向冗余收发装置发送的码元，所述第一冗余发射电压是指发射所述第一冗余码元时的发射电压。

在一种具体的实施例中，应用于金属管道清管器控制方法。清管器是由气体、液体或管道输送介质推动，用于清理管道的专用工具。它可以携带电磁发射装置与探测车构成电子跟踪***，还可配置其他配套附件，完成各种复杂管道作业任务。水力清管技术是利用管内流体的流动能量，在清管器前后造成一个压差，产生推力，推动清管器前进，由它所具有的刮刷作用来清除管内结垢和沉积，检测管线的通过性，应用效果良好。但是，清管器在管道中会对管道***的运行产生影响，而且其运行情况又不能被直接观察到，如果清管器被卡在管道中，将会影响到管道的正常运行，甚至会引发管道初凝、停输事故。因此，有必要将本案提出的极低频定位装置集成在清管器内。在发生清管器卡堵事故时，为了快速准确定位卡堵位置，采用本案设计思想可获得数十米范围的探测能力，借助管线布置图纸及探测车，可进行极速范围确认，以方便管道施工。

在本实施例中，参见图8，探测车包括第一收发装置和第二收发装置，分别设置在车头和车尾，第一收发装置与第二收发装置距离是四米。探测车上还有一个控制中心，用于计算清管器的位置。清管器上设置有一个清管器收发装置和清管器控制单元。

设置第一收发装置、第二收发装置和清管器收发装置的码元发射电压分别输入到控制中心和清管器控制单元上，第一收发装置和第二收发装置发射电压均为12V，清管器发射电压为15V。清管器开始清理管道，同时以一个较高的速度，0.3m/s进行前进。当清管器遇到淤泥堆积，一般是拐角处，有卡顿造成了，产生了误差。最后，清管器到达了第一实际目标位置。

第一收发装置向四周发射以12V为电压的码元信号，清管器接收到码元，并根据接收到码元的电压，清管器控制单元计算出对应的距离值为9米。清管器将9米的距离信息写入码元，通过清管器收发装置以15V电压向四周发射码元信号。清管器发射的码元信号，被第一收发装置接收，探测车的控制中心解析出码元的附带距离信息为9米，并且通过分析接收码元的电压值与清管器发射电压计算出距离值也为9米，则控制中心确认第一收发装置与清管器的距离为9米。

同样地，第二收发装置向四周发射以12V为电压的码元信号，清管器接收到码元，并根据接收到码元的电压，清管器控制单元计算出对应的距离值为11米。清管器将11米的距离信息写入码元，通过清管器收发装置以15V电压向四周发射码元信号。清管器发射的码元信号，被第二收发装置接收，探测车的控制中心解析出码元的附带距离信息为11米，并且通过分析接收码元的电压值与清管器发射电压计算出距离值也为11米，则控制中心确认第二收发装置与清管器的距离为11米。

参见图9，由于可知清管器在地面下的管道的截面出，通过已知的三个距离，4米、9米和11米，形成的三角形，计算出清管器的位置。

探测车给以极低频码元的形式发送了目前清管器的位置信息，清管器根据目前的目前清管器的位置信息，进行第二次行进，以一个比较低的速度，0.1m/s到达最终的位置，即第二目标位置。最后，实现了探测车对清管器的控制。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用于基于极低频磁传感的二维控制***的控制端，其特征在于，二维定位***包括控制端与执行端，所述方法包括：

获取执行端发射第一码元的第一发射电压，所述第一码元是指执行端采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指所述执行端发射所述第一码元时的发射电压；

获取执行端相对于控制端的相对方向；

接收到所述第一码元后，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，所述第一接收电压为控制端接收到所述第一码元时的接收电压；

基于所述相对方向和所述第一传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果，所述定位结果是指以控制端为圆心，控制端到执行端的距离为半径画圆，执行端在以控制端为圆心的所述圆上，结合执行端相对于控制端的相对方向，确定执行端在所在圆上的位置；

发送调整码元给执行端，所述调整码元附带上定位结果，所述调整码元是采用极低频向执行端发送的码元。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收到所述第一码元后，根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，为：

向执行端以第二发射电压发射第二码元，所述第二码元是指采用极低频向执行端发送的码元，所述第二发射电压是指发射所述第二码元时的发射电压；

接收所述第一码元，所述第一码元附带有第二传播距离；

根据第一发射电压和第一接收电压，计算第一传播距离，所述第一接收电压为控制端接收到所述第一码元时的接收电压；

判断第一传播距离和第二传播距离是否一致，若一致，则确认第一传播距离；

若不一致，则重新执行，向执行端以第二发射电压发射第二码元。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述***的控制端包括主配收发装置和冗余收发装置，且主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值；所述方法包括，

所述接收到执行端极低频码元后，根据执行端极低频码元的发射电压和执行端极低频码元的实际衰减后接收电压，计算传播距离，作为控制端到执行端的距离，为：

通过主配收发装置向执行端以第二主配发射电压发射第二主配码元，所述第二主配码元是指主配收发装置采用极低频向执行端发送的码元，所述第二主配发射电压是指所述主配收发装置发射所述第二主配码元时的发射电压；

通过主配收发装置接收第一主配码元，所述第一主配码元附带有第二主配传播距离；

根据第一主配发射电压和第一主配接收电压，计算第一主配传播距离，所述第一主配接收电压为控制端接收到所述第一主配码元时的接收电压；

判断第一主配传播距离和第二主配传播距离是否一致，若一致，则确认第一主配传播距离；

若不一致，则重新执行，通过主配收发装置向执行端以第二主配发射电压发射第二主配码元；

通过冗余收发装置向执行端以第二冗余发射电压发射第二冗余码元，所述第二冗余码元是指冗余收发装置采用极低频向执行端发送的码元，所述第二冗余发射电压是指所述冗余收发装置发射所述第二冗余码元时的发射电压；

通过冗余收发装置接收第一冗余码元，所述第一冗余码元附带有第二冗余传播距离；

根据第一冗余发射电压和第一冗余接收电压，计算第一冗余传播距离，所述第一冗余接收电压为控制端接收到所述第一冗余码元时的接收电压；

判断第一冗余传播距离和第二冗余传播距离是否一致，若一致，则确认第一冗余传播距离；

若不一致，则重新执行，通过冗余收发装置向执行端以第二冗余发射电压发射第二冗余码元；

所述基于所述相对方向和所述第一传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果，为：

基于所述相对方向、第一主配传播距离和第一冗余传播距离，确定执行端相对于控制端的定位结果。

4.一种基于极低频磁传感的二维控制方法，应用于基于极低频磁传感的二维控制***的执行端，其特征在于，所述方法为：

获取控制端发射第二码元的第二发射电压，所述第二码元是指控制端采用极低频向控制端发送的码元，所述第二发射电压是指所述控制端发射所述第二码元时的发射电压；

以第一速度到达第一实际目标位置，所述第一实际目标位置是根据理论目标位置为目标而第一次到达实际位置；

接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离，所述第二接收电压为控制端接收到所述第二码元时的接收电压；

向控制端以第一发射电压发射第一码元且第一码元附带上第二传播距离，所述第一码元是采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指发射所述第一码元时的发射电压；

接收到控制端发出的调整码元后，所述调整码元附带上定位结果，所述调整码元是采用极低频向执行端发送的码元；

根据定位结果，以第二速度到达第二实际目标位置，所述第二实际目标位置是根据理论目标位置为目标而第二次到达实际位置，且第一速度大于第二速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收到所述第二码元后，根据第二发射电压和第二接收电压，计算第二传播距离，所述第二接收电压为控制端接收到所述第二码元时的接收电压，为：

接收到第二主配码元后，根据第二主配发射电压和第二主配接收电压，计算第二主配传播距离，所述第二主配接收电压为控制端接收到所述第二主配码元时的接收电压；

接收到第二冗余码元后，根据第二冗余发射电压和第二冗余接收电压，计算第二冗余传播距离，所述第二冗余接收电压为控制端接收到所述第二冗余码元时的接收电压；

向控制端以第一发射电压发射第一码元且第一码元附带上第二传播距离，所述第一码元是采用极低频向控制端发送的码元，所述第一发射电压是指发射所述第一码元时的发射电压，为：

向主配收发装置以第一主配发射电压发射第一主配码元且第一主配码元附带上第二主配传播距离，所述第一主配码元是采用极低频向主配收发装置发送的码元，所述第一主配发射电压是指发射所述第一主配码元时的发射电压；

向冗余收发装置以第一冗余发射电压发射第一冗余码元且第一冗余码元附带上第二冗余传播距离，所述第一冗余码元是采用极低频向冗余收发装置发送的码元，所述第一冗余发射电压是指发射所述第一冗余码元时的发射电压。

6.根据权利要求1到5中任意一种所述的方法，其特征在于，根据发射电压和接收电压，计算传播距离，包括：

通过记录极低频码元发射电压、极低频码元的接收电压和传播距离的数据，建立数据库；

根据数据库中极低频码元的发射电压和极低频码元的接收电压，找到对应的传播距离。

7.根据权利要求1到5中任意一种所述的方法，其特征在于，根据发射电压和接收电压，计算传播距离，计算传播距离，包括：

基于安培环路定律与麦克斯韦第一方程，得出场强衰减与距离的关系；

基于电磁感应定律与麦克斯韦第二方程，得出场强与感应电压的关系；

根据出场强衰减与距离的关系和出场强与感应电压的关系，得到衰减电压与距离的映射关系；

根据衰减电压与距离的映射关系，计算出传播距离。

8.一种基于极低频磁传感的二维控制***，其特征在于，所述***包括：控制端和执行端；

所述控制端包括控制端收发装置、控制端控制单元；所述执行端包括执行端收发装置、执行端控制单元和驱动电机；

所述控制端收发装置连接控制端控制单元，用于发射和接收极低频码元信号；

所述控制端控制单元，用于设计和识别极低频码元信号和极低频码元信号的电压；用于根据发射电压和接收电压，计算传播距离；根据执行端与控制端的相对方向和传播距离，用于定位；

所述执行端收发装置，连接控制端控制单元，用于发射和接收极低频码元信号；

所述执行端控制单元，用于设计和识别极低频码元信号和极低频码元信号的电压；用于根据发射电压和接收电压，计算传播距离；根据控制端与执行端的相对方向和传播距离，用于定位；用于控制驱动电机的速度和驱动电机驱动执行端所要到达的位置；

驱动电机，电连接执行端控制单元，用于根据执行端控制单元的速度和位置指示，驱动执行端。

9.根据权利要求8所述的一种基于极低频磁传感的二维控制***，其特征在于，所述控制端收发装置包括：主配收发装置和冗余收发装置；

主配收发装置和冗余收发装置，均用于发射和接收极低频码元信号，且分别连接控制端控制单元；

主配收发装置和冗余收发装置的距离满足预设值。

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