[发明专利]一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统

权利要求书

1.一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，包括信号发生系统、信号传递系统(16)和信号接收系统，其特征在于，所述的信号发生系统包括调制桨(1)、螺旋桨(2)、动力电机(4)、动力驱动模组(5)、调制电机(6)、调制驱动模组(7)、控制器(8)、调制器(9)和主控系统(10)；所述的调制桨(1)设置在螺旋桨(2)的尾端，螺旋桨(2)通过动力桨轴(3)与动力电机(4)相连接，动力桨轴(3)为空心结构，内部嵌有调制桨轴(11)，调制桨轴(11)穿过动力桨轴(3)后，一端与调制桨(1)相连，另一端与调制电机(6)相连；所述的动力电机(4)和调制电机(6)后面分别设有动力驱动模组(5)、调制驱动模组(7)，动力驱动模组(5)中包括编码器一(5-1)和驱动器一(5-2)，调制驱动模组(7)中包括编码器二(7-1)和驱动器二(7-2)；所述的动力驱动模组(5)和调制驱动模组(7)分别通过导线与控制器(8)的输出端相连接，控制器(8)的输入端通过导线与调制器(9)相连接，调制器(9)和动力驱动模组(5)还通过导线与主控系统(10)相连接；所述的动力电机模组(5)检测到动力电机(4)的转速和转向参数，传输到主控系统(10)内，主控系统(10)综合整机状态参数后发出通讯指令，调制器(9)结合动力电机(4)的运动参数，根据通讯指令编制调制电机(6)的运动参数指令，并通过控制器(8)传输到调制驱动模组(7)后控制调制电机(6)进行动作，从而带动调制桨(1)产生特定的流场扰动信号；

所述的信号传递系统(16)包括调制流场信号(16-1)和载波流场信号(16-2)，其中调制流场信号是调制桨(1)与流场介质相互作用产生的流场压强信号和流场速度信号，载波流场信号是螺旋桨(2)与流场介质相互作用产生的流场压强信号和流场速度信号；

所述的信号接收系统包括仿生侧线感知阵列(12)、信号解调器(13)、信号处理器(14)和信号传输器(15)，所述的仿生侧线感知阵列(12)中包括中心传感器(12-1)和边缘传感器(12-2)，中心传感器(12-2)和边缘传感器(12-1)分别采集到所在位置处的流场信号，并采用加权融合算法形成融合流场信号，传输到信号解调器(13)中进行信号解调，信号处理器(14)中信号放大器和AD转换模块，将解调信号转化成数字信号后，通过信号传输器(15)发送到信号接收终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的调制桨(1)的直径小于螺旋桨(2)的直径，并采用仿真计算和流场测量的方法分别获取调制桨(1)、螺旋桨(2)和混合桨尾流场中压强信号随转速的变化曲线。

3.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的调制器(9)采用调幅、调频和调相混合方式进行信号调制，其中载波信号数据库为螺旋桨(2)在不同转速情况下的尾流场压强信号变化函数，调制信号数据库为调制桨(1)的尾流场压强信号变化函数。

4.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的主控系统(10)传输到调制器(9)的整机状态参数包括动力电机(4)的转速和转向，整机的航速和航向，环境的深度、温度和密度。

5.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的控制器(8)中设有神经网络回归模型，基础训练数据库为螺旋桨(2)和混合桨尾流场压强信号的幅值特征、时域特征、频域特征，回归参数为能够产生所需混合桨尾流场压强信号时调制桨(1)的转速和转向。

6.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的控制器(8)和信号处理器(14)中设有相匹配的耦合整机坐标位置、运动速度、周围水文参数与流场信号幅值、时域特征和频域特征的通讯协议。

7.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的信号解调器(13)中设有基于Volterra级数模型、RBF神经网络模型的非线性滤波器。

8.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨尾流场感知的仿生侧线通讯系统，其特征在于，所述的仿生侧线感知阵列(12)包括平面和曲面布置方式，由高敏度压力传感器组合而成，中心传感器(12-2)位于阵列中心，边缘传感器(12-1)的数量为偶数，均匀分布在中心传感器(12-2)的环形阵列上。