[发明专利]一种水下多物理场复合探测系统及探测阵列优化方法

说明书

本发明公开了一种水下多物理场复合探测系统及探测阵列优化方法，通过流场仿真分析算法模型建立目标函数计算，对流场探测传感器阵列进行优化，对水下航行器周围流场信息的探测与捕捉；通过信息标准差计算、电磁场仿真分析与正交实验法对电场探测电极阵列进行优化设计，实现对水下目标物的辨识与定位，提高定位精度、辨识准确度与水下探测范围，采用流场探测与电场探测两种传播介质作为探测方式，能够有效克服浑浊水体对探测的干扰，弥补传统单一测量水压或电场变化的人工侧线传感器和电感受器测量运动目标时精度低的缺点，弥补声学近场探测盲区；流场与电场探测结合的方式，扩大了水下探测的范围，提高了水下目标识别与定位的准确度。

技术领域

本发明涉及水下探测技术领域，尤其涉及一种水下多物理场复合探测系统及探测阵列优化方法。

背景技术

水下目标物体的探测与识别问题成为现代国防与海洋工程领域的研究热点。按照探测方式的不同，目前传统的水下探测方式有两种，分别是水下声学探测和水下光学探测。水下声学探测的基本原理是通过声学设备发射超声波，然后通过接受声波在物体表面产生的散射回波；光学探测通常利用光学成像设备直接对水下目标进行成像。但是两种方法都容易产生混响干扰并且精度不高，在水质浑浊的时候探测效果差。因此，如何设计一种水下目标物体探测装置，实现水下物体高精度探测定位，提高水下探测定位精度成为研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下多物理场复合探测系统及探测阵列优化方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下多物理场复合探测系统，包括流场探测阵列载体和电场探测阵列载体；复合探测系统前端为一曲面结构的流场探测阵列载体，包括阵列于前端曲面结构外侧的流场探测IPMC传感单元；复合探测系统后端为一柱体结构的电场探测阵列载体，包括阵列于后端柱体结构外侧的电场探测发射电极和电场探测接收电极，电场探测发射电极设置于电场探测阵列载体上下两侧，电场探测接收电极固定于电场探测阵列载体左右两侧，流场探测IPMC传感单元和电场探测接收电极通过数据采集卡与PC上位机连接，电场探测发射电极与信号发生器相连。

进一步的，数据采集卡采用NI-9239数据采集卡。

进一步的，流场探测阵列载体曲面结构外侧设有装配模块，装配模块上设有凸台；流场压力传感器采用IPMC流场探测传感单元，通过绝缘尼龙垫片和螺母压紧固定于装配模块上。

一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，包括基于贝叶斯概率模型的流场探测阵列优化，具体的，

S1，建立水下航行器物理模型以及水下航行器物理模型的流场环境；

S2，基于水下航行器物理模型及其流场环境设置传感器初始布局观测点，根据初始布局观测点进行流场仿真生成理论压力数据集；

S3，根据得到的理论压力数据集与预测误差表示真实压力测量值并对似然函数的概率密度函数进行表征；

S4：对S3中的似然函数进行相对熵计算，预测目标物运动位置的先验概率分布与后验概率分布的相对熵及所有相对熵的期望值作为目标函数；

S5：利用贝叶斯定理对目标函数中的未知量进行转化得到转化后的目标函数；

S6：比较转化后的目标函数大小得到首个优化点位并通过顺序启发式阵列优化算法依次计算得到阵列布局优化位置坐标点；

S7：通过计算各个布置的斯皮尔曼等级相关性系数，对传感器阵列分布个数进行优化确定得到最佳传感器个数，从而完成水下航行器侧线探测传感器位置布局优化。