[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

权利要求书

1.一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，其特征在于，所述水下多物理场复合探测系统包括流场探测阵列载体(1)和电场探测阵列载体(2)，流场探测阵列载体(1)的一端与电场探测阵列载体(2)一端固定连接，流场探测阵列载体(1)的另一端为曲面结构，流场探测阵列载体(1)的曲面结构外侧阵列有流场探测IPMC传感单元(5)；电场探测阵列载体(2)为柱体结构，柱体结构外侧阵列有电场探测发射电极(6)和电场探测接收电极(7)，电场探测发射电极(6)设置于电场探测阵列载体(2)上下两侧，电场探测接收电极(7)固定于电场探测阵列载体(2)左右两侧，流场探测IPMC传感单元(5)和电场探测接收电极(7)通过数据采集卡与PC上位机连接，电场探测发射电极(6)与信号发生器相连；

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。

2.根据权利要求1所述的一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，其特征在于，数据采集卡采用NI-9239数据采集卡。

3.根据权利要求1所述的一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，其特征在于，流场探测阵列载体(1)曲面结构外侧设有装配模块(4)，装配模块(4)上设有凸台；流场压力传感器采用IPMC流场探测传感单元(5)，通过绝缘尼龙垫片和螺母压紧固定于装配模块(4)上。

4.根据权利要求1所述一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，其特征在于，通过建立流场模型、确定计算域、划分计算网格、设置求解参数、迭代计算与后处理，对该流场环境下水下航行器物理模型的仿真，得到不同压力观测点s_i对每一个位置偶极子r_s振荡所产生的水流环境的压力监测曲线，获得每个传感器初始布局点S对每一个目标物位置r_s的压力值作为阵列优化算法的理论计算值F(r_s；s)，生成理论压力数据集。

5.根据权利要求1所述一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，其特征在于，通过计算每个布局下的效用函数值确定优化后的传感器分布方式：

p(r)为先验概率，p(y|r,s)为似然函数，p(y|s)为概率分布，y为压力传感器测量值，p(y|r,s)为压力传感器测量值y的概率分布。

6.根据权利要求5所述一种水下多物理场复合探测系统的探测阵列优化方法，其特征在于，利用贝叶斯定理转化后的目标函数为：

对干扰源位置变量r积分即可得到p(y|s)。