水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)二維空間定位特性及算法研究.pdf

1、水下航行器在海洋資源探測(cè)任務(wù)中具有強(qiáng)大的用途，隨著開發(fā)探索的進(jìn)一步深入，其關(guān)鍵技術(shù)之一的水下局部環(huán)境終端導(dǎo)航技術(shù)面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。源于仿生學(xué)的主動(dòng)電場(chǎng)定位技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，弱電魚利用放電組織在身體周圍建立探測(cè)電場(chǎng)，電場(chǎng)遇到有物體存在時(shí)發(fā)生畸變，該魚類通過遍布體表的羅倫氏壺腹感知器官接收微弱電場(chǎng)信息來對(duì)周圍物體定位識(shí)別。主動(dòng)發(fā)射電場(chǎng)并接收電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)物體定位的能力被稱為主動(dòng)電場(chǎng)定位。
　　本文研究的主要內(nèi)容是物體一維二維空

2、間主動(dòng)電場(chǎng)定位特性，利用水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究水體環(huán)境電導(dǎo)率、電場(chǎng)激勵(lì)信號(hào)頻率與幅值對(duì)不同材質(zhì)不同尺寸圓柱物體主動(dòng)電場(chǎng)定位特性的影響，在此定位特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三種適用于本系統(tǒng)的物體定位搜索算法，最后在定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上選擇不同的被測(cè)物體作了大量的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。本文得出的主要研究結(jié)論如下：
　　1.接收到的畸變電場(chǎng)信號(hào)頻率始終與電場(chǎng)激勵(lì)信號(hào)頻率一致，通過FFT變換在頻域里分析畸變電場(chǎng)信號(hào)，用主頻（電場(chǎng)激勵(lì)信號(hào)頻率）對(duì)應(yīng)幅

3、值稱為特征幅值A(chǔ)(P)來表征物體主動(dòng)電場(chǎng)定位特性。
　　2.物體的主動(dòng)電場(chǎng)定位特性呈現(xiàn)出“上凸”性或“下凹”性?！吧贤埂毙裕涸谖矬w所在位置取得的特征幅值A(chǔ)(P)最大；“下凹”性：在物體所在位置取得的特征幅值A(chǔ)(P)最小。
　　3.物體定位特性具體表現(xiàn)為“上凸”性還是“下凹”性由其材質(zhì)和電場(chǎng)激勵(lì)信號(hào)頻率(頻率研究范圍為10Hz-1kHz)共同決定。不論頻率如何變化絕緣圓柱體的定位特性始終呈現(xiàn)出“上凸”性；對(duì)于導(dǎo)體圓柱體而言，頻

4、率較小時(shí)其定位特性呈現(xiàn)出“上凸”性，當(dāng)頻率大于某個(gè)值后，其定位特性呈現(xiàn)出“下凹”性。
　　4.物體一維二維空間定位特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明：電場(chǎng)激勵(lì)信號(hào)幅值、水體環(huán)境電導(dǎo)率、物體的尺寸大小只會(huì)影響定位特性曲線中特征幅值A(chǔ)(P)的大小但不會(huì)影響定位特性的“凹凸”性和基本規(guī)律及變化趨勢(shì)。
　　本文基于物體主動(dòng)電場(chǎng)定位特性規(guī)律設(shè)計(jì)了三種物體定位搜索算法并且在定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)物體的定位搜索，驗(yàn)證了物體主動(dòng)電場(chǎng)定位特性實(shí)驗(yàn)結(jié)論的