基于优化理论的水下目标电场定位技术研究

发布时间：2023-06-17 20:59

　　水下目标定位技术在水下机器人(Autonomous Underwater Vehicl,AUV)定位、潜水员定位、海底工程建设等领域具有很重要的意义。水下目标电场定位技术能够在海底地貌结构复杂的区域、无光区域、水质浑浊区域、有大型物体遮挡区域进行有效的工作,不易受到多普勒效应和多径效应的影响,且信道模型参数较少,信道模型相对简单。水下目标电场定位设备相对于水声设备和水下光学定位设备成本更低。研究水下目标电场定位技术具有一定的科学意义和实际应用价值。本文主要研究内容概括:1.根据优化理论实现水下目标电场定位,基本方法是根据电极阵列采集测量到的电压信号来估计目标的位置参量。建立了水下目标电场定位正向模型。针对水下单一有源目标的定位问题,基于镜像原理和边界元法建立了适用于近海面和浅海区域水下电偶极子源电场传播正向模型。基于边界元法建立了单一金属目标和单一介电材料球目标正向模型,将其应用到水下目标的主动电场定位场景中。给出了空间尺度发生线性变换后的正向模型所对应的阵列流形形式。2.提出了基于行列式的多信号分类算法(Determinant-Multiple Signal Classificati...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水下目标电场定位模型
        1.2.2 水下目标电场定位系统
        1.2.3 水下目标电场定位算法
        1.2.4 电场定位系统的改进方法
    1.3 论文主要研究内容及章节安排
第2章 水下目标电场定位基本理论
    2.1 边界元法基本理论
        2.1.1 BEM计算方法
        2.1.2 理想导电材料边界阻抗矩阵
        2.1.3 介电材料边界阻抗矩阵
        2.1.4 场区电势分布模型
    2.2 均匀电场中Rasnow模型
    2.3 无限大媒质空间电场传播模型
    2.4 几种常见的电场定位算法
        2.4.1 MP-MUSIC算法
        2.4.2 信号子空间拟合定位算法
        2.4.3 广义MUSIC类定位算法
    2.5 CMA-ES类快速搜索算法
        2.5.1 CMA-ES算法基本原理
        2.5.2 MA-ES算法基本理论
    2.6 本章小结
第3章 水下电场分布特性建模
    3.1 水下被动电场正向模型
        3.1.1 空气—海水两层媒质电场正向模型
        3.1.2 空气—海水—海底三层媒质电场正向模型
    3.2 不同目标影响下的主动电场正向模型
        3.2.1 金属目标
        3.2.2 介电材料目标
    3.3 仿真结果与分析
        3.3.1 被动电场正向模型仿真
        3.3.2 主动电场正向模型仿真
    3.4 本章小结
第4章 水下目标电场定位方法
    4.1 Det-MUSIC定位算法
    4.2 Det-MUSIC定位算法性能分析
        4.2.1 空间谱特性
        4.2.2 定位误差分析
        4.2.3 运算速度对比
        4.2.4 模型失配对定位算法的影响
    4.3 电极阵列设计
        4.3.1 被动电场定位电极阵列设计
        4.3.2 被动电场定位电极阵列性能分析
        4.3.3 主动电场定位电极阵列设计
        4.3.4 主动电场定位电极阵列性能分析
    4.4 实验验证与分析
        4.4.1 被动电场定位实验
        4.4.2 主动电场定位实验
    4.5 本章小结
第5章 改进型MA-ES目标快速搜索算法
    5.1 改进型MA-ES算法
        5.1.1 改进型MA-ES算法的构建
        5.1.2 改进型MA-ES算法的实现流程
    5.2 算法性能分析
        5.2.1 优化算法收敛特性分析
        5.2.2 优化算法运算性能分析
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3834128