[发明专利]基于仿生沙蝎定位功能的脉冲定位模型

说明书

技术领域

本发明属于信息处理技术领域。

背景技术

在自然界中，许多物种通过地面传播的“声波”来交流或者定位猎物，例如沙蝎、蜘蛛等八足节肢动物可以利用位于腿部末端的感觉器官发现猎物。“Prey Detection by the Sand”文章中表明沙蝎是利用沙子传递的振动来定位猎物或者与同类交流的。沙蝎的感觉器官为基跗节复合缝感受器BCSS（basitarsal compound slit sensilla），利用BCSS探测基质传播的低速低频表面波。捕猎时，沙蝎会随着猎物的运动而前进或转动，通过探测低速低频振动信号来发现运动的猎物，它可以探测到小到0.1nm的振动信号，并精确找到猎物所在的位置。但是沙蝎的定位距离是有限的，文章指出沙蝎可以定位10cm内猎物的方向和距离，距离达到30cm时则只能感知到方向。文章表明沙蝎定位猎物利用的是波到达的相对时间，而不是波的相对强度。

发明内容

本发明的目的是在非视觉情况下进行定位，利用基质传递的振动信号对目标进行定位的基于仿生沙蝎定位功能的脉冲定位模型。

本发明的步骤是：

①定义传感器位置：

根据沙蝎八条腿上感受器BCSS的位置，以沙蝎的正前方为0°，将振动传感器分别置于沙蝎八条腿的末端，则各传感器置于各BCSS的位置，以沙蝎右侧前腿为编号1，顺时针进行编号，其角度分别为

（1）

；

②神经元建模：

依据仿生生物神经元的三个基本特征利用RC电路模型建立神经元模型，如下式所示

，

（2）

令，则根据式（2）得到为

， （3）；

其中，为神经元模型输入；代表神经元静息电势，、为电容电阻，设定式（2）、式（3）中的参数、、；表示神经元模型膜电压；

③设定8个神经元模型的相互作用：

假设每个方向上传感器激活一个感觉神经元，该感觉神经元将振动信号传递给一个指令神经元，为指令神经元提供兴奋输入

（4）

由指令神经元对振动信号进行评价，同时方向的指令神经元会激活抑制性中间神经元抑制反向相邻三个方向，，的指令神经元，即抑制输入为

（5）

其中，为一直输入的权重系数，依据神经元与应用模型特性相结合令；

采用两路信号的相关性来计算信号到达的时间差，直接计算两路信号的互相关函数，即

（6）

其中，、（，，）分别为两路信号，为两路信号的时间差，代表、两路信号的互相关函数；即时间差为

（7）；

一个神经元模型的输入为

（8）；

④利用神经元的兴奋性定位：

采用上述神经元模型并通过神经元之间的相互作用将8路震动信号转换成不同数量的脉冲，即当时会产生一个脉冲，产生脉冲后恢复到静息电势，同时对8个指令神经元模型产生的脉冲进行计数，对应每一个方向计数结果为；神经元特性与应用模型相结合，令；

定义整体向量，即

（9）

其中，为向量模长，为向量方向，，其相角表示经过整体向量处理后得到的响应角度；通过式（9）推倒出

（10）

因此利用式（10）即可得到所述的脉冲定位模型的方向定位结果。

本发明仿生沙蝎触觉定位猎物的功能，利用振动传感器代替沙蝎的机械感觉接收器BBCS接收振动信号，并按照BCSS的排列方式进行组合，然后通过神经网络内部的相互作用，神经元对振动信号进行评价，从而进行定位。本发明仿生沙蝎的振动定位减少了所处理信号的信息量，减少运算量从而缩短定位的时间。

附图说明

图1是是沙蝎接收信号的流程图；

图2 是本发明中所述的沙蝎基跗节缝感受器BBCS的角度分布以及方向定义；

图3 是本发明中所述的定位模型中8个神经元模型分布；

图4 是输入信号足够大时输出的脉冲信号；

图5 是输入信号为周期性信号时输出的脉冲信号；

图6 是输入信号为随机信号时输出的脉冲信号；

图7 是本发明中所述的神经元三重抑制模型。

具体实施方式