【摘要】：主動(dòng)電場(chǎng)定位思想源于一種弱電魚的獨(dú)特的感知環(huán)境的方式。弱電魚通過自身建立電場(chǎng),再通過身體上其他組織獲取變化的電場(chǎng)信號(hào)的方式探測(cè)物體和感知其外部環(huán)境的變化。弱電魚的這種功能被稱為主動(dòng)電場(chǎng)定位。在對(duì)水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)的幅值頻率特性的研究中,存在探測(cè)死區(qū)(DFDZ)和轉(zhuǎn)折頻率(FIP)想象�；诶硐氲腗axwell電場(chǎng)理論對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)很難得到一個(gè)合理的解釋。為了能夠進(jìn)一步研究水下主動(dòng)電場(chǎng)定位的物理機(jī)制。受勘探地球物理的啟發(fā),我們基于激發(fā)極化(IP)效應(yīng)建立了水下電場(chǎng)定位系統(tǒng)的等效電路模型和水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)的有限元模型。主要工作包括以下四個(gè)部分:1.首先是基于理想的Maxwell電場(chǎng)理論建立了簡(jiǎn)化的二維水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)模型的數(shù)學(xué)模型,并基于ANSYS平臺(tái)建立了相應(yīng)的有限元模型。2.基于上述有限元模型對(duì)?20mm×40mm的銅圓柱體、鋁圓柱體、鐵圓柱體以及有機(jī)玻璃圓柱體進(jìn)行了模擬探測(cè)定位。結(jié)果表明:1)基于理想電場(chǎng)理論模型的水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)有限元模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的定位;2)對(duì)比同一物體多個(gè)頻率下的定位曲線,發(fā)現(xiàn)同一物體的定位結(jié)果與激勵(lì)信號(hào)頻率無關(guān)。上述被測(cè)物體的仿真定位結(jié)果證明基于理想的Maxwell電場(chǎng)理論無法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)中電場(chǎng)分布進(jìn)行完整描述。3.基于IP效應(yīng)和理想的Maxwell電場(chǎng)理論,建立了水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)的等效電路模型。該模型中探測(cè)區(qū)域被簡(jiǎn)化成一個(gè)等效電阻,被測(cè)物體界面上的激發(fā)極化效應(yīng)用Cole-Cole電阻率模型來描述。分析表明:1)在無被測(cè)物體區(qū)域,不同頻率下的接收到的電場(chǎng)信號(hào)幅值只跟激勵(lì)電信號(hào)的幅值有關(guān);2)在被測(cè)物體區(qū)域,基于Cole-Cole電阻率模型的阻值與頻率的關(guān)系,可以對(duì)DFDZ和FIP現(xiàn)象給出一個(gè)合理的解釋。4.在上述理論分析的基礎(chǔ)上建立了基于IP效應(yīng)和Maxwell電場(chǎng)理論的水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)有限元模型,對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行仿真定位計(jì)算。結(jié)果表明:1)水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)能夠通過IP效應(yīng)和Maxwell理想電場(chǎng)理論進(jìn)行模擬;2)DFDZ和FIP現(xiàn)象與被測(cè)物體的物理特征存在一種相關(guān)性。綜上所述,基于IP效應(yīng)和Maxwell電場(chǎng)理論可以模擬出能夠?qū)ξ矬w位置、導(dǎo)體材料進(jìn)行辨識(shí)的水下主動(dòng)電場(chǎng)定位系統(tǒng)模型。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P715.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626606