物体形状及电场频率特征对主动电场定位系统影响研究

摘要

众所周知，地球表面大部分面积都是海洋，并且海洋中蕴含着人类生活生产所需要的各种资源。因此，探索海洋是一个十分重要的议题，而研究开发新的探索技术又是探索海洋的核心方向，特别是现在传统的导航方法在对深海进行探测的过程中又遇见了技术瓶颈，亟待寻求解决当前技术困境的方法。基于水下主动电场定位技术对水下物体进行探测定位是一项新的水下探测技术，它有望突破传统导航方法的瓶颈。这项技术源于生物学家对弱电鱼的研究，生物学家发现：一些弱电鱼自身拥有独特的器官，其中一种器官可以放电并在身体周围产生电场，而另一种器官又能接收身体周围的电场，并将接收到的电场信号传输到大脑进行处理，从而达到对周围环境感知的目的。虽然主动电场定位技术的研究还处于起步状态，但是这种技术具有独特的优势，例如结构简单，能耗低，对周边环境状况要求低等，因而很多科学家逐渐开始关注它。
　　本文依托水下主动电场定位原理，利用现有的主动电场定位实验平台，重点研究了被定位物体的几何特征和探测电场的频率特征对水下主动电场定位系统的影响。实验中采用扫频的方式对被定位物体进行探测，实验中使用不同频率特征的激励信号和不同形状及材质的被定位物体进行大量的定位特性实验，通过使用专业的信号分析工具和设计的分析算法对实验中获得的大量实验数据进行分析，最后得到了以下结论：
　　1．实验环境和实验方法相同的情况下，当被定位物体的体积相近而几何形状不同时，几何形状会对水下主动电场定位系统的频率转折点产生较大影响；
　　2．当被定位物体的材料为塑料时，无论它的几何形状如何改变，利用短时傅里叶变换后得到的联合时频分布谱图都呈现出向上凸起的趋势，水下主动电场定位系统都不会出现探测死区现象；
　　3.当实验环境不变时，当被定位物体的形状和材料相同时，通过改变激励信号的频率特征，会对水下主动电场定位系统的探测死区和频率转折点产生较大影响。
　　最后根据激励信号的频率特征对水下主动电场定位系统影响的研究结果，我对定位系统的定位和被定位物体的属性判断算法进行了改进，使算法步骤得到了简化，并提高了算法的可靠性。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2研究历史与现状

1.3主要研究内容及章节安排

1.4 本章小结

第二章 主动电场实验平台及信号分析原理

2.1 引言

2.2 主动电场探测基本原理

2.3 主动电场定位实验平台简介

2.4 短时傅里叶分析原理

2.6 本章小结

第三章 物体几何特征对水下主动电场定位系统的影响研究

3.1引言

3.2 塑料的几何特性对水下主动电场定位系统的影响研究

3.3 铜的几何特性对水下主动电场定位系统的影响研究

3.4 铁的几何特性对水下主动电场定位系统的影响研究

3.5 铝的几何特性对水下主动电场定位系统的影响研究

3.6 本章小结

第四章 定位电场特征对水下主动电场定位系统的影响研究

4.1引言

4.2多频激励信号下的探测死区识别算法介绍

4.3多频单峰脉冲电场对水下主动电场定位系统的影响研究

4.4多频双峰脉冲电场对水下主动电场定位系统的影响研究

4.5本章小结

第五章 主动电场实验平台定位系统的改善

5.1 引言

5.2 定位分析

5.3 定位系统的材料属性判断功能的改善

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果