水下主动电场定位系统二维空间定位特性及算法研究

发布时间：2017-09-18 07:14

  本文关键词：水下主动电场定位系统二维空间定位特性及算法研究

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【摘要】：水下航行器在海洋资源探测任务中具有强大的用途,随着开发探索的进一步深入,其关键技术之一的水下局部环境终端导航技术面临着越来越严峻的挑战。源于仿生学的主动电场定位技术受到越来越多的关注,弱电鱼利用放电组织在身体周围建立探测电场,电场遇到有物体存在时发生畸变,该鱼类通过遍布体表的罗伦氏壶腹感知器官接收微弱电场信息来对周围物体定位识别。主动发射电场并接收电场来实现物体定位的能力被称为主动电场定位。本文研究的主要内容是物体一维二维空间主动电场定位特性,利用水下主动电场定位系统实验平台,研究水体环境电导率、电场激励信号频率与幅值对不同材质不同尺寸圆柱物体主动电场定位特性的影响,在此定位特性的基础上,设计了三种适用于本系统的物体定位搜索算法,最后在定位系统实验平台上选择不同的被测物体作了大量的验证实验。本文得出的主要研究结论如下:1.接收到的畸变电场信号频率始终与电场激励信号频率一致,通过FFT变换在频域里分析畸变电场信号,用主频(电场激励信号频率)对应幅值称为特征幅值(P)A来表征物体主动电场定位特性。2.物体的主动电场定位特性呈现出“上凸”性或“下凹”性。“上凸”性:在物体所在位置取得的特征幅值(P)A最大;“下凹”性:在物体所在位置取得的特征幅值(P)A最小。3.物体定位特性具体表现为“上凸”性还是“下凹”性由其材质和电场激励信号频率(频率研究范围为10Hz-1kHz)共同决定。不论频率如何变化绝缘圆柱体的定位特性始终呈现出“上凸”性;对于导体圆柱体而言,频率较小时其定位特性呈现出“上凸”性,当频率大于某个值后,其定位特性呈现出“下凹”性。4.物体一维二维空间定位特性对比实验表明:电场激励信号幅值、水体环境电导率、物体的尺寸大小只会影响定位特性曲线中特征幅值(P)A的大小但不会影响定位特性的“凹凸”性和基本规律及变化趋势。本文基于物体主动电场定位特性规律设计了三种物体定位搜索算法并且在定位系统实验平台上实现了对被测物体的定位搜索,验证了物体主动电场定位特性实验结论的正确性,证明了模拟弱电鱼生理机制搭建的水下主动电场定位系统实验平台用于物体定位搜索研究的可行性。
【关键词】：水下主动电场定位系统 定位特性 定位搜索算法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.1
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本文编号：874126