[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110497641.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112985516B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申焱華;吳家雄;馮志鵬;楊舒迪;焦倩;李雨莎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 北京市廣友專(zhuān)利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

1.一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)，其特征在于，所述水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)包括安裝在待進(jìn)行狀態(tài)感知的水下履帶裝備上的人工側(cè)線系統(tǒng)、慣性傳感器、超聲波探測(cè)頭、多通道信號(hào)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

所述多通道信號(hào)采集模塊用于循環(huán)采集所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)，并將采集到的所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)傳遞到所述數(shù)據(jù)處理模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊用于基于所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)，融合所述慣性傳感器和所述超聲波探測(cè)頭的檢測(cè)信號(hào)，結(jié)合渦街理論與伯努利理論，感知當(dāng)前流場(chǎng)狀態(tài)下的水流來(lái)流速度，來(lái)流方向，并對(duì)當(dāng)前流場(chǎng)中的水下履帶裝備狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)感知，實(shí)現(xiàn)水下履帶裝備的姿態(tài)檢測(cè)、局部流場(chǎng)檢測(cè)和障礙物檢測(cè)；

所述人工側(cè)線系統(tǒng)包括多個(gè)壓強(qiáng)傳感器；

所述人工側(cè)線系統(tǒng)的布置方式為：

利用三維建模軟件，批量建立不同姿態(tài)的水下履帶裝備和不同地形的水下環(huán)境的三維實(shí)體模型；根據(jù)建立的實(shí)體模型，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)水下履帶裝備水下行駛過(guò)程進(jìn)行模擬，得到水下履帶裝備外形上壓強(qiáng)變化的敏感點(diǎn)；

在各壓強(qiáng)變化的敏感點(diǎn)處分別布置壓強(qiáng)傳感器，組成人工側(cè)線系統(tǒng)；

所述數(shù)據(jù)處理模塊具體用于：

對(duì)所述信號(hào)采集模塊傳遞進(jìn)來(lái)的所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，然后進(jìn)行傅里葉變換，得到所述人工側(cè)線系統(tǒng)的時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)；

基于所述人工側(cè)線系統(tǒng)的時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)，融合所述慣性傳感器的檢測(cè)信號(hào)和所述超聲波探測(cè)頭的檢測(cè)信號(hào)，結(jié)合渦街理論與伯努利理論，感知當(dāng)前流場(chǎng)狀態(tài)下的水流來(lái)流速度，來(lái)流方向，并對(duì)當(dāng)前流場(chǎng)中的水下履帶裝備狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)感知，實(shí)現(xiàn)水下履帶裝備的姿態(tài)檢測(cè)、局部流場(chǎng)檢測(cè)和障礙物檢測(cè)；

所述局部流場(chǎng)檢測(cè)，包括：

根據(jù)所述人工側(cè)線系統(tǒng)的時(shí)域信號(hào)的峰值大小和所述人工側(cè)線系統(tǒng)中壓強(qiáng)傳感器的位置判斷來(lái)流速度，并融合所述慣性傳感器的檢測(cè)信號(hào)校正來(lái)流方向；

所述水下履帶裝備的姿態(tài)檢測(cè)，包括：

基于當(dāng)前流場(chǎng)信息中的局部流場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，融合所述慣性傳感器的檢測(cè)信號(hào)，判斷當(dāng)前流場(chǎng)信息中，水下履帶裝備的橫擺狀態(tài)和俯仰狀態(tài)；

所述障礙物檢測(cè)，包括：

根據(jù)所述人工側(cè)線系統(tǒng)的時(shí)域信號(hào)的數(shù)值分布規(guī)律，對(duì)比無(wú)障礙物的水下履帶裝備的人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，并融合所述超聲波探測(cè)頭的檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)伯努利原理，對(duì)水下履帶裝備的側(cè)方障礙物信息進(jìn)行檢測(cè)；

根據(jù)所述人工側(cè)線系統(tǒng)的頻域信號(hào)特征頻率，對(duì)比無(wú)障礙物的水下履帶裝備的人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)，并融合所述超聲波探測(cè)頭的檢測(cè)信號(hào)，計(jì)算當(dāng)前流場(chǎng)的雷諾數(shù)，應(yīng)用渦街理論對(duì)水下履帶裝備的前方障礙物信息進(jìn)行檢測(cè)；

所述多個(gè)壓強(qiáng)傳感器被均分為多組；

當(dāng)水下履帶裝備靠近壁面，近壁判別系數(shù)計(jì)算公式如下：

其中， 表示第組壓強(qiáng)傳感器對(duì)應(yīng)的近壁判別系數(shù)，表示有障礙物時(shí)，第組壓強(qiáng)傳感器讀數(shù)的差值，表示第組壓強(qiáng)傳感器無(wú)障礙物時(shí)的均值。