水下主動電場定位系統(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)的主動電場定位技術(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電場，電場遇到有物體存在時發(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信息來對周圍物體定位識別。主動發(fā)射電場并接收電場來實現(xiàn)物體定位的能力被稱為主動電場定位。
　　本文研究的主要內(nèi)容是物體一維二維空

2、間主動電場定位特性，利用水下主動電場定位系統(tǒng)實驗平臺，研究水體環(huán)境電導(dǎo)率、電場激勵信號頻率與幅值對不同材質(zhì)不同尺寸圓柱物體主動電場定位特性的影響，在此定位特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計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)實驗平臺上選擇不同的被測物體作了大量的驗證實驗。本文得出的主要研究結(jié)論如下：
　　1.接收到的畸變電場信號頻率始終與電場激勵信號頻率一致，通過FFT變換在頻域里分析畸變電場信號，用主頻（電場激勵信號頻率）對應(yīng)幅

3、值稱為特征幅值A(chǔ)(P)來表征物體主動電場定位特性。
　　2.物體的主動電場定位特性呈現(xiàn)出“上凸”性或“下凹”性。“上凸”性：在物體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)和電場激勵信號頻率(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；對于導(dǎo)體圓柱體而言，頻

4、率較小時其定位特性呈現(xiàn)出“上凸”性，當(dāng)頻率大于某個值后，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比實驗表明：電場激勵信號幅值、水體環(huán)境電導(dǎo)率、物體的尺寸大小只會影響定位特性曲線中特征幅值A(chǔ)(P)的大小但不會影響定位特性的“凹凸”性和基本規(guī)律及變化趨勢。
　　本文基于物體主動電場定位特性規(guī)律設(shè)計了三種物體定位搜索算法并且在定位系統(tǒng)實驗平臺上實現(xiàn)了對被測物體的定位搜索，驗證了物體主動電場定位特性實驗結(jié)論的