[发明专利]一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法和系统

权利要求书

1.一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

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所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，其特征在于，流场环境包括目标物位置、运动参数和流场区域参数。

3.根据权利要求1所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，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si对每一个位置偶极子rs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rs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。

4.根据权利要求1所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，其特征在于，预测误差ε(s)为真实测量值y与理论测量值F(r_s；s)之间的差，即：

y＝F(r_s；s)+ε(s) (3)。

5.根据权利要求1所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，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所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，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)。

7.根据权利要6所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，其特征在于，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具体包括以下步骤：

步骤6.1：计算每个传感器初始布局观测点的目标函数大小，并确定目标函数最大值对应的位置点，作为阵列布局优化首个传感器位置点；

步骤6.2：将首个传感器位置点与剩余初始传感器位置点分别进行组合，并分别计算组合后的阵列坐标对于预测目标物运动位置的目标函数；

步骤6.3：比较目标函数大小，选择目标函数最大值的位置点组合作为阵列优化前两个传感器位置点的选取结果；

步骤6.4：重复步骤6.1—6.3，完成对多个传感器位置点的选取。

8.根据权利要6所述的一种水下航行器侧线探测传感器位置布局优化方法，其特征在于，具体的，通过在分布模型一侧放置若干个传感器，传感器数量逐渐增加的同时保证信息熵变化为最大，一次选择一个传感器分布位置点来确定传感器优化总体布局。