本发明涉及一种宽频带小型化全向磁阵列的技术构架，可用于导航、通信、雷电监测、地质勘测、地震监测等技术领域。
背景技术：
低频、甚低频信号的有效接收利用，长期以来在无线电导航、远程通信等领域被广泛关注和深入研究。
目前，接收设备普遍采用鞭状天线接收垂直极化的电场信号，天线垂向高度普遍大于一米。这给一些用户的使用带来安装尺寸大、抗干扰能力差的实际问题。
近些年出现了一些接收磁天线，基本采用十字交叉形或平面正方形磁棒排列结构，技术上，一类采用选环(人工或自动方式)进行选向接收，另一类采用相位合成实现水平全向接收。但是存在以下问题：一是频带窄，尚没有一类技术手段能直接涵盖5～180KHz(也未提及在频率能上下扩展)；二是甚低频接收尺寸大，重量重；三是抗干扰能力差；四是对于高速平台使用效果差，如汽车、民用无人机等；五是测向功能差，难于提供更为有效的复合导航手段；六是没有多单元重构概念，无法实现真正磁电一体多功能应用。由此引出了低频/甚低频超宽带、小型化、阵列化、电磁一体、抗干扰、阵列重构、导航测向等这一系列科学问题。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低频导航小型化磁阵列，能够满足低频/甚低频超宽带、小型化、阵列化、电磁一体、抗干扰、阵列重构、导航测向等一系列需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低频导航小型化磁阵列，包括六个完全相同的磁单元、线圈和螺旋电单元。
互不接触的六个磁单元在水平面上围绕螺旋电单元的轴线左旋或右旋，每个磁单元分别与两个磁单元相邻，每个磁单元的一端位于一个相邻磁单元的上方，该磁单元的另一端位于另一个相邻磁单元的下方；每个磁单元的高低两端分别独立绕制线圈；六个磁单元的高端线圈与螺旋电单元通过中心电路屏蔽盒体适配连接并能够选择断开；六个磁单元的低端线圈通过底部电路屏蔽盒体适配连接并能够选择断开；中心电路屏蔽盒体与底部电路屏蔽盒体连接并能够断开。
六个磁单元在水平方位面的磁迹夹角均为60度。
所述的磁单元采用锰锌铁氧体材料，外形为方柱或圆柱，长度为150～300厘米。
所述线圈的绕线采用直径0.3～0.5毫米的漆包线，线圈感值为5～30毫亨。
本发明的有益效果是：
第一、本发明在外场多点接收到了远在1000多公里外的导航台站发射了信号，并且可重复、持续接收来自东、北、南台链的信号，信噪比优良，定位稳定，效果超出了我国同类电气接收设备。
第二、本发明在外场多点接收到了远在1500到3000公里以远的国外某甚低频导航台的信号，信号清晰，信噪比优良，效果超出了我国同类电气接收设备。
第三、本发明在外场多点接收到了远在3000到5000公里以远的国外某甚低频通信台的信号，信号清晰，信噪比优良，效果超出了我国同类电气接收设备。
第四、本发明在外场多点接收到了国内长波授时信号、机场低频信号、人为预设信号，实现了小型化宽带高灵敏接收。
第五、本发明在外场机动平台上接收效果良好，体现了机动性、全向性和轻便适装性的完美结合。
第六、本发明的多元测向功能对信号的捕获定位和抗干扰能力较以前的十字交叉方式及平面正方形架构效果大大提高。
第七、本发明中的多单元重构思想以及磁性信号、电信号的全向、定向接收方法，在某些发射台信号失效时能够提供新的导航方法，并在全源导航、非合作信息感知中发挥积极作用。
附图说明
图1是小型化磁阵列单元夹角三维视图；
图2是磁阵列水平磁迹夹角图；
图3是磁阵列平面视图；
图4是单元A1、A2、A3、A4、A5、A6的拓扑形式图；
图5是单元A1、A3、A5异构拓扑形式图；
图6是单元A2、A4、A6异构拓扑形式图；
图7是一种多单元异构拓扑形式图；
图8是磁单元磁迹分析图；
图9是一种磁单元频率Q值曲线图；
图10是一种磁单元频率感抗曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明由六个外观完全相同的特质磁单元、六个磁单元上的高低端两组绕制线圈、六个与磁单元低端线圈适配的电路屏蔽小盒体、一个螺旋电单元、一个与电单元和六个磁单元高端线圈适配的中心电路屏蔽盒体、一个底部公共适配的电路屏蔽盒体、六条与磁单元低端线圈适配盒体相连的细电缆、七条与中心适配盒体相连的细电缆、六条底部适配盒体与单元适配盒体相连的细电缆、一条中心适配盒体与底部适配盒体相连的细电缆、其它接口单元及附件。六个特质磁单元及其架构是本发明小型化磁阵列的主体部分。
本发明所述的六个外观完全相同的特质磁单元从顶视图看，可依次左旋或右旋在空间旋转排列。六个磁单元在空间上并不直接接触，其空间结构参见图1。图3给出了磁阵列平面视图，磁阵列中的各单元分别由A1、A2、A3、A4、A5、A6几部分组成，由于互易性A1的起始位置可自定义。六个磁单元在水平方位面磁迹夹角60度，如图2所示。
磁单元采用锰锌铁氧体材料，外形可为长条形，也可为圆棒形。磁单元采用高低两端两组分别独立绕线。绕线采用直径0.3毫米到0.5毫米之间的漆包线均可。磁单元长度可选在150厘米到300厘米之间的多种固定规格。对应线包的感值在5毫亨到30毫亨之间多规格备选。磁单元高低两端的两组独立绕线分别完成不同的功能。图4给出的单元A1、A2、A3、A4、A5、A6的拓扑形式表征了磁单元高端的线包关系，低端线包关系类同。磁单元A1、A2、A3、A4、A5、A6和螺旋电单元A7组合重构出多种应用形式，图5～图7是其中几种组合重构形式之一，这些形式可完成磁电信号高效接收。
每个磁单元低端线包连同附属网络，可实现方位面60度的测向接收。磁单元低端A1、A2、A3、A4、A5、A6可实现来自360度不同方向的磁迹信号接收，实现抗干扰和定向导航通信等功能。
本发明重点在低频小型化磁阵列体系思想架构，对应的电路处理部分均属于公知技术。
所述的一种低频导航小型化磁阵列，依据以上的方案架构可在空间上大大缩短原有低频、甚低频纵向空间物理尺寸，实现了尺寸小、重量轻的设计目的。
本发明的实施例构建了磁单元高低端A1、A2、A3、A4、A5、A6线包结合电螺旋单元A7的复合重构磁电一体化宽带接收系统，打破了常规思维，创新性解决了传统十字交叉形或平面正方形架构需要人工或自动选环来实现水平全向覆盖的实际问题。传统方式采用不同的相位合成办法来实现全向接收。这些对磁单元的一致性要求高，且任务载体平台姿态和速度变化较大时，难以保障有效接收。
常规的单元磁棒呈现磁迹环加载特性，也呈现电气感加载特性。单元用作磁迹环加载时，其接收远场信号磁迹能力强于电气感加载方式，反之则差别不大。本发明巧妙设计了低端线包进行类圆环阵磁信号接收，设计了高端线包进行可重构电磁信号实时复合接收，设计了空间三维旋向立体磁单元阵列结构，有效解决了棒短信号弱，棒长尺寸大的核心技术。
本发明突破了工程技术发展中的许多瓶颈，可实时全向、定向辅助全源融合。满足了导航、通信、雷电监测、地质勘测、地震监测在低频/甚低频超宽带、小型化、阵列化、电磁一体、抗干扰、阵列重构、导航测向等这一系列问题的实际需求，远远超越了现有产品技术。
如图7所示多单元异构拓扑形式，将磁单元A1、A2、A3、A4、A5、A6和螺旋电单元A7进行磁电重构。此时磁单元A1、A2、A3、A4、A5、A6的上端线包呈现电气感加载特性并，螺旋电单元A7相当于顶加载，七个单元整体重构了一副全向、宽带低频磁接收阵列。
如图5所示单元A1、A3、A5异构拓扑形式，将磁单元A1、A3、A5上端线包呈现磁迹环加载特性，A1、A3、A5上端线包共同异构了一个对天顶方向的磁迹接收阵列。同理A1、A3、A5上端线包呈现电气感加载特性时，可以自身或与螺旋电单元A7构成一副全向、宽带低频磁接收阵列。
如图6所示单元A2、A4、A6异构拓扑形式，将磁单元A2、A4、A6上端线包呈现磁迹环加载特性，A2、A4、A6上端线包共同异构了一个对天顶方向的磁迹接收阵列。同理A2、A4、A6上端线包呈现电气感加载特性时，可以自身或与螺旋电单元A7构成一副全向、宽带低频磁接收阵列。如以上的异构组合还有其它形式，此此不累述。
如图3所示磁阵列平面视图中单元A1、A2、A3、A4、A5、A6的下端线包呈现磁迹环加载特性，此时沿磁条方向的磁迹信号大于其横切面的电气信号，磁迹信号指向性明显。每个单元在外场可单独接收来自远方的磁场信号，且这一信号可以用常规的电单元设备进行监测比对接收。当图3所示单元阵列在外场水平转台上匀速旋转时，A1、A2、A3、A4、A5、A6单元的下端线包呈现明显的信号变化差异。此时结合前面图7所示多单元异构拓扑形式，在显示终端上有全向组合接收下来的全频域、全向信号，也有磁迹定向接收下来的某一角域的空间信号，这样信号识别、测向、抗干扰、定向通信、新型认知导航、地震监测、雷电检测等都可一体化实现。
图8给出了磁单元磁迹分析图，对某个具体常规单元而言电场信号正好与之正交。本发明中磁单元的频率-Q值曲线(如图9)、频率感抗曲线(如图10)、磁单元的频带、温度等参数的设计也是本发明试验成功的重要保障。
本发明的频率达到5～180KHz，能够实现长波导航全向自动接收；实现甚长波导航全向自动接收；实现甚长波通信全向自动接收；实现高速小平台的实装需求；磁阵列多单元可同时实现测向接收；磁阵列多单元可实现接收单元的使用重构，实现磁、电、磁电一体多功能全向或定向接收；可与卫导多系统传感器集成一体化设计应用；可满足单人、大小固定平台或空地水机动平台的安装使用。
本发明解决了传统十字交叉形或平面正方形架构需要人工或自动选环来实现水平全向覆盖的实际问题。传统方式采用不同的相位合成办法来实现全向接收，这些对磁单元的一致性要求高，且任务载体平台姿态和速度变化较大时，难以保障有效接收。本发明突破了工程技术发展中的许多实际问题，可实时全向、定向辅助全源融合。
本发明中所述的核心架构可形成多种重量轻、尺寸小的实用性产品。本发明测试性能与理论分析值吻合，技术可移植性强。可应用于多种平台需要。