基于水下主动电场的复杂物体相位特性的研究与应用
发布时间：2021-11-17 22:57
水下主动电定位技术是一种新型的水下探测和环境感知技术,它的发现是受弱电鱼类主动电定位系统的启发。水下主动电场探测系统（UAES）获取的幅频特性可以有效地评估被测物体的材料组成、形状、电导率等信息。传统的UAES往往仅对幅频信息进行收集和分析,虽然能够的到部分有效信息,但是忽略了同样重要的相位信息。我们采用单频信号、多频信号、和构造仿生采样信号信号分别对金属组合体和有机体进行了探测,。同时,我们对水下探测系统的探测信号、探测装置进行了创新和升级,提高了其探测效率和探测性能。1.首先进行资料收集,通过阅读大量国内外文献,收集并分析弱电鱼类相关研究,以及水下探测技术的研究与发展。阐述弱点鱼类的研究重点和应用前景。在研究基础上做出合理的假设与展望,梳理理论发展过程和经验。在前人的研究的基础上,提出具有创新性、有意义并且切实可行的研究方向与研究目标。2.其次应用业界认可度和信号还原度最高的Cole-Cole模型对激发极化效应进行简化,对弱电鱼类的水下电场探测系统进行理论模型搭建。使用短时傅里叶变换和谱分析,对探测信号进行分析,得出其幅频特性和相频特性,提取特征值。并应用仿生学原理,构建功率密度更...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弱电鱼示例
第一章绪论3微观来源，Zakon在1986年提出了一个基于对这些受体的生理和解剖学观察结果的P受体和T受体的微观模型。该模型中所考虑的受体系统包括一个受体细胞，一个由支持细胞组成的紧密连接，以及一个支配受体细胞的传入神经纤维。顶膜中只包括Na+，K+的渗漏通道。基底膜除了Na+、K+的泄漏通道外，还包括电压敏感的Ca2+通道和Ca2+激活的K+通道。但是相比弱电鱼的响应特性，这个感受器模型存在着一些缺陷。首先，弱电鱼中的一个受体器官包含许多EOD,受体，而模型器官仅包括一个受体细胞。其次，根据1990Sanchez和zakon的研究结果，弱电鱼的电受体器官T受体单元受到活跃的神经纤维支配。而这个模型的传入纤维仅支配一个受体器官。[5,6]图1-2EOD作用机制模型到目前为止研究的所有电鱼都可以独立确定具有识别复杂阻抗的物体的电容和电阻分量这两种能力。这种能力使鱼能够区分生物和非生物，因为电容是生物的属性。例如来自非洲金枪鱼和南美体型使用不同的电容检测机制。Mormyrids检测电容引起的EOD波形畸变，而象鼻鱼Gymnoforms则进行时间测量。Gymnoforms测量它们在靠近物体的身体部位诱导的EOD相对于距离较远的未受影响的身体部位的时间相移。[7,8]科研界虽然对脉冲型鱼体的电容检测进行了广泛的研究，但对波型鱼体的电容灵敏度研究甚少。检测目标阻抗的能力是至关重要的，因为猎物如昆虫幼虫和小型甲壳类动物，由于其有机体组织的构成结构，往往是既有电容又有电阻。周期信号的幅度和相位的调制是频率信号处理的两个方面，需要共同评估才能更好
第二章水下电场原理、模型搭建与实验处理方法9图2-1弱电鱼类偶极子模型一个物体周围存在电场时，该电场在该物体上感应出一个偶极子。当物体进入偶极子的电场时，由于物体的电学性质与周围环境的不同，电场会发生畸变。在特定测量点的偶极扰动的大小是物体位置、大孝形状和电对比度以及物体处的电场强度的函数。研究表明，通过检测电场分布的畸变和体表电位的变化，弱电鱼类可以在完全黑暗和浑浊的环境中导航和定位物体。鱼还可以获得形状、大孝材料成分和更复杂的环境信息，如电化学特性[1]。2.2主动电场探测建模2.2.1弱电鱼主动电场探测模型相关研究表明，EOD既可以发射连续的准正弦波(“正弦型”)，也可以发射离散的脉冲型(“脉冲型”)。对不同物种目标定位系统的波形的研究发现[38]，我EOD产生的电场的覆盖全身的波形对于每个物种来说都是非常典型的[39]。在距排泄点一定距离处，排泄物的空间分布呈偶极子分布。然而，近场可能相当复杂，并且“远离偶极子”[35]。具有不同于周围水的电特性的物体会扭曲弱电鱼身体周围的电场[1,3]。失真程度取决于对象的大孝横向距离、形状和电属性。弱电鱼的皮肤能够检测到其周边的电场强度，然后通过分析产生的2-D电图像来定位物体。许多建模和理论研究已经评估了还原电阻性物体的电子图像的可能性[40-41]。1998年；许多科研工作人员在EOD计算的基础上提出了电感受器和电感觉侧线叶中电感觉信息的总体编码[42-43]。这些研究集中在物体在电感觉系统中引起的电场幅度调制的变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Cole-Cole模型的水下主动电场定位系统有限元模拟[J]. 彭杰钢,吴俊. 科学通报. 2016(23)
[2]有限冲击响应滤波（FIR）和快速傅里叶变换（FFT）在激发极化法中的应用[J]. 薛品,李志华,沈茂丁,徐华文. 科学技术与工程. 2015(29)
[3]基于LabVIEW的相位差测量仿真平台设计[J]. 吕亚林. 中国计量. 2013(04)
[4]基于LabVIEW的多通道数据采集系统[J]. 熊刚,凌必利. 核电子学与探测技术. 2013(01)
[5]储层岩石时间域激发极化效应的数学模拟[J]. 关继腾,于华,王谦,范业活,程媛媛. 计算物理. 2012(03)
[6]基于LabVIEW和DSP串口的多通道电机参数采集系统[J]. 徐华中,黄丽萍. 电子测量技术. 2011(04)
[7]TDMS文件及其Matlab读取方法[J]. 陈宏希. 兰州石化职业技术学院学报. 2010(04)
[8]基于LabVIEW的相位差测量技术的研究与实现[J]. 苗立交,杨新华. 电子测量技术. 2010(06)
[9]基于LabVIEW的多通道数据采集系统的研究[J]. 林爽,杨风. 山西电子技术. 2009(03)
[10]金属材料分析[J]. 马冲先,吴诚. 分析试验室. 2006(12)
硕士论文
[1]激励信号的频率特性对水下主动电场定位系统的影响研究[D]. 王颖利.电子科技大学 2018
本文编号：3501787
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弱电鱼示例
第一章绪论3微观来源，Zakon在1986年提出了一个基于对这些受体的生理和解剖学观察结果的P受体和T受体的微观模型。该模型中所考虑的受体系统包括一个受体细胞，一个由支持细胞组成的紧密连接，以及一个支配受体细胞的传入神经纤维。顶膜中只包括Na+，K+的渗漏通道。基底膜除了Na+、K+的泄漏通道外，还包括电压敏感的Ca2+通道和Ca2+激活的K+通道。但是相比弱电鱼的响应特性，这个感受器模型存在着一些缺陷。首先，弱电鱼中的一个受体器官包含许多EOD,受体，而模型器官仅包括一个受体细胞。其次，根据1990Sanchez和zakon的研究结果，弱电鱼的电受体器官T受体单元受到活跃的神经纤维支配。而这个模型的传入纤维仅支配一个受体器官。[5,6]图1-2EOD作用机制模型到目前为止研究的所有电鱼都可以独立确定具有识别复杂阻抗的物体的电容和电阻分量这两种能力。这种能力使鱼能够区分生物和非生物，因为电容是生物的属性。例如来自非洲金枪鱼和南美体型使用不同的电容检测机制。Mormyrids检测电容引起的EOD波形畸变，而象鼻鱼Gymnoforms则进行时间测量。Gymnoforms测量它们在靠近物体的身体部位诱导的EOD相对于距离较远的未受影响的身体部位的时间相移。[7,8]科研界虽然对脉冲型鱼体的电容检测进行了广泛的研究，但对波型鱼体的电容灵敏度研究甚少。检测目标阻抗的能力是至关重要的，因为猎物如昆虫幼虫和小型甲壳类动物，由于其有机体组织的构成结构，往往是既有电容又有电阻。周期信号的幅度和相位的调制是频率信号处理的两个方面，需要共同评估才能更好
第二章水下电场原理、模型搭建与实验处理方法9图2-1弱电鱼类偶极子模型一个物体周围存在电场时，该电场在该物体上感应出一个偶极子。当物体进入偶极子的电场时，由于物体的电学性质与周围环境的不同，电场会发生畸变。在特定测量点的偶极扰动的大小是物体位置、大孝形状和电对比度以及物体处的电场强度的函数。研究表明，通过检测电场分布的畸变和体表电位的变化，弱电鱼类可以在完全黑暗和浑浊的环境中导航和定位物体。鱼还可以获得形状、大孝材料成分和更复杂的环境信息，如电化学特性[1]。2.2主动电场探测建模2.2.1弱电鱼主动电场探测模型相关研究表明，EOD既可以发射连续的准正弦波(“正弦型”)，也可以发射离散的脉冲型(“脉冲型”)。对不同物种目标定位系统的波形的研究发现[38]，我EOD产生的电场的覆盖全身的波形对于每个物种来说都是非常典型的[39]。在距排泄点一定距离处，排泄物的空间分布呈偶极子分布。然而，近场可能相当复杂，并且“远离偶极子”[35]。具有不同于周围水的电特性的物体会扭曲弱电鱼身体周围的电场[1,3]。失真程度取决于对象的大孝横向距离、形状和电属性。弱电鱼的皮肤能够检测到其周边的电场强度，然后通过分析产生的2-D电图像来定位物体。许多建模和理论研究已经评估了还原电阻性物体的电子图像的可能性[40-41]。1998年；许多科研工作人员在EOD计算的基础上提出了电感受器和电感觉侧线叶中电感觉信息的总体编码[42-43]。这些研究集中在物体在电感觉系统中引起的电场幅度调制的变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Cole-Cole模型的水下主动电场定位系统有限元模拟[J]. 彭杰钢,吴俊. 科学通报. 2016(23)
[2]有限冲击响应滤波（FIR）和快速傅里叶变换（FFT）在激发极化法中的应用[J]. 薛品,李志华,沈茂丁,徐华文. 科学技术与工程. 2015(29)
[3]基于LabVIEW的相位差测量仿真平台设计[J]. 吕亚林. 中国计量. 2013(04)
[4]基于LabVIEW的多通道数据采集系统[J]. 熊刚,凌必利. 核电子学与探测技术. 2013(01)
[5]储层岩石时间域激发极化效应的数学模拟[J]. 关继腾,于华,王谦,范业活,程媛媛. 计算物理. 2012(03)
[6]基于LabVIEW和DSP串口的多通道电机参数采集系统[J]. 徐华中,黄丽萍. 电子测量技术. 2011(04)
[7]TDMS文件及其Matlab读取方法[J]. 陈宏希. 兰州石化职业技术学院学报. 2010(04)
[8]基于LabVIEW的相位差测量技术的研究与实现[J]. 苗立交,杨新华. 电子测量技术. 2010(06)
[9]基于LabVIEW的多通道数据采集系统的研究[J]. 林爽,杨风. 山西电子技术. 2009(03)
[10]金属材料分析[J]. 马冲先,吴诚. 分析试验室. 2006(12)
硕士论文
[1]激励信号的频率特性对水下主动电场定位系统的影响研究[D]. 王颖利.电子科技大学 2018
本文编号：3501787
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3501787.html
