随着管道运输的广泛应用,管道机器人在管道工程中正发挥着日益重要的作用,尤其是在管道无损探伤与检测领域已经进入实际应用阶段。管道机器人的示踪定位技术是确定管道机器人在管道内位置的技术,现已成为决定管道机器人有效工作的重要技术。然而,传统有缆示踪定位方式由于电缆重量、信号损耗等因素影响,它严重限制了管道机器人的工作距离;同时,由于管道及其所处介质的屏蔽作用,使得常规的电磁波技术在管道机器人“示踪定位”中的应用受到了很大限制。因此,如何实现管道机器人的无缆“示踪定位”已成为提高管道机器人工作性能和实用价值的重要课题之一。本论文以国家“863”计划智能机器人主题“X射线实时成像检测管道机器人”和“海底输油管道检测机器人”项目为背景,针对管道机器人应用中的“示踪定位”问题,提出了基于超低频电磁波的无缆示踪定位方案,并就超低频电磁波示踪定位技术中存在的“超低频电磁波传播模型”、“示踪定位数据处理”等问题进行了深入的研究。本文回顾了国内外管道机器人的发展历程,指出目前管道机器人领域中仍存在示踪定位、能源供给、通讯等问题;分析了管道机器人已有示踪定位技术的优缺点;指出了常规电磁波在示踪定位技术中应用的局限性;分析了超低频电磁波的特点,根据超低频电磁波波长很长,对金属、土层、水等介质具有很好的穿透性能的特点,提出了基于超低频电磁波的管道机器人示踪定位的方案。本文提出了管道机器人示踪定位技术中的两种基本类型:自主型和被动型;结合“X射线实时成像检测管道机器人”和“海底输油管道检测机器人”项目,建立了管道机器人示踪定位的一般模型。基于超低频电磁波(23Hz)的传播特性,本文综合了静磁场的分析方法和麦克斯韦电磁波理论,建立了超低频电磁波的“磁偶极子传播模型”,该模型既能描述超低频电磁波的物理性能,又可便于在实际的工程中应用。在对超低频电磁波磁偶极子模型进行理论分析、数值计算的基础上,给出了基于超低频电磁波进行示踪定位的基本方法,并提出了应用于海底管道机器人示踪定位的多传感器模型。本文针对管道铺设环境中的介电常数、磁导率常数等参数不确定性问题,提出了输出预测曲线方法和测试样本分类方法,有效解决了实际应用中参数