基于水下运动目标流场信息的仿生探测原理研究

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1、密级公开基于水下运动目标流场信息的仿生探测原理研究张静骁2015年1月中图分类号：TJ630.34;Q692;TP701UDC分类号：532;623基于水下运动目标流场信息的仿生探测原理研究作者姓名张静骁学院名称机电学院指导教师马峰副研究员指导教师王树山教授答辩委员会主席王建中教授申请学位工学硕士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月PrincipleofBiomimeticDetectionBasedonFlowFieldInformationofUnderwaterMovingObjectCandidateName：Zhan

2、gJingxiaoSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.MaFengFacultyMentor:Prof.WangShushanChair,ThesisCommittee：Prof.WangJianzhongDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：WeaponScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明

3、本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要鱼类具有独特的水下感知方式，通过其侧线器官可以利用水介质的流动信息进行环境感知与探测，实现在复杂流体环境中的猎物追踪、目标识别等功能。该原理为水下探测技术提供了新的发展思路。本文以鱼类

4、侧线感知原理为基础，探索以运动目标绕流场为信息源的目标探测机理。通过分析目标绕流场特征与目标参量（尺度、形状、位置、速度等）之间的关联关系，建立了一种新颖的水下感知算法。首先，本文系统梳理了国内外鱼类侧线的生物结构研究、功能机理研究及仿生工程研究的成果，提出了以运动体绕流场为分析对象的等效分析模型，并介绍了绕流场分析中所涉及的相关理论。其次，基于所建立的等效分析模型，进行了系统的仿真研究，初步揭示出水中运动体目标特性与运动体绕流场特征规律之间的关联性，即运动体目标特性对压力曲线的峰值、谷值、斜率等信息具有不同的影响规律。其中流场特征规律与目标速度、长度参量具有直

5、接对应关系，但其他流场信息表现为目标长度、半径、探距特征参量集的耦合效应，需进一步的解耦研究。最终，利用仿真研究结果，对目标特征参量集耦合作用下的绕流场信息进行解耦分析，分别揭示了长径比、探距与半径比对绕流场信息的影响规律；基于势流理论，进行了球头圆柱体头部绕流场规律的理论推导，获得了探距与半径比对测点压力的影响规律。在对仿生鱼类侧线对运动目标周围绕流场中物理信息的解析方式、目标特征参量集对绕流物理场的影响规律以及目标特征与物理场信息关联规律等问题初步探索的基础上，提出了一种利用运动目标自身绕流场信息感知运动目标并解析其特征参量（尺度、形状、位置、速度等）的方法

6、。本文基于新型的水下感知原理，论证了利用水下运动体绕流场信息进行目标探测是可行的，为基于鱼类侧线的仿生探测工程研究奠定了初步的理论基础和依据。关键词：鱼类侧线;仿生探测;水下感知;绕流场;势流理论I北京理工大学硕士学位论文AbstractInunderwaterenvironmentfishhasitsuniquewayofdetectionandsensing.Theycanachievekindsoffunctionincomplexfluidenvironmentlikepreying,targetrecognition,throughitsspecial

7、sensingorgans(lateralline).Thissensingprincipledevelopsanewwayforunderwaterdetectiontechnology.Basedonthisdetectionprincipleoffish-lateral-line,thepaperisabouthowtouseflowfieldinformationofmovingobjectfordetectionpurpose.Andthroughanalysisofrelationshipbetweenflowfieldinformationandt

8、argetfeature