毕业论文-水下主动电场定位实验系统研制及算法研究.doc

STYLEREF 标题 1 目 录 PAGE 72 PAGE 73 水下主动电场定位实验系统研制及算法研究 摘 要 主动电场定位的思想源自仿生学研究。弱电鱼利用自身的放电组织建立水下低频探测电场，当周围有物体存在时，该电场的分布会发生变化，通过感知这些电场变化的信息从而实现对水下物体的定位。这种利用自身发射和接收电场对物体进行定位的能力被称为主动电场定位。由于电场定位原理对环境的依赖度较低，且其低频的特点使得系统结构较为简单，近些年，主动电场定位技术已经发展成为水下终端导航定位的新型研究思路，越来越受到仿生传感器研究者的关注。 本文的研究目的是发展一种基于水下主动电场定位原理的水下物体定位的原型机。课题首先从研究弱电鱼主动电场定位机理出发，通过对仿生水下主动电场定位系统的系统需求以及系统功能进行详细分析，从而搭建出用于水下主动电场定位特性分析的实验平台，并在此基础上针对不同的探测电场以及不同材质的被测物体进行了大量的电场定位特性研究实验，通过分析得出以下主要结论： 1.接收电极感知的水下电场信号与发射电极传送的电信号频率相同，幅值和相位不同。 2. 对同一被测物体而言，正弦探测电场和双频探测电场在相同频率点所表现出的定位特性完全相似。 3. 在探测频率取值范围内，同一探测电场对不同材质的被测物体表现出不同的定位特性。对绝缘圆柱体而言，探测电场的定位特性表现为“上凸性”。对金属圆柱体而言，探测电场表现出的定位特性与探测频率存在一定的联系：当探测频率取值位于过渡区间左侧时，其定位特性表现为“上凸性”；位于过渡区间右侧时，其定位特性表现为“下凹性”；位于过渡区间时，其定位特性表现不明显。 4. 针对不同材质的金属圆柱体，同一探测电场对应的过渡区间存在着差异。 在上述定位特性的基础上对主动电场一维定位算法进行设计，并应用该算法最终在该实验平台上实现了对水下被测物体的精确定位，成功发展出了一种基于水下主动电场定位原理的水下物体定位的原型机，证明了人工模拟水下主动电场定位的可行性和有效性，为该技术的进一步工程应用和相关特性研究提供了基础。 关键词：主动电场定位，定位特性，定位算法，原型机 STYLEREF 标题 1 目 录 ABSTRACT The idea of active electrolocation comes from biomimetic research. The weakly electric fish can generate a low-frequency electric field actively by EOD (Electric Organ Discharge) and achieve positioning of object by sensing the change due to existence of the object in its surrounding. The ability to locate object using self-generated electric field is called active electrolocation, the principle of which makes it low degree of dependence on the environment and the low-frequency characteristic of which makes its system structure simple. In the years since, the technology of active electrolocation has developed new research ideas of underwater terminal navigation and location. The purpose of this paper is to develop a kind of prototype which can locates submerged object by the principle of active underwater electrolocation. First of all, the study introduces the active electrolocation principle of the weakly electric fish, and gives a detailed analysis of the bionic system requirements and functions, then designs an experimental platform wh