1.一种基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述水下履带装备状态感知系统包括安装在待进行状态感知的水下履带装备上的人工侧线系统、惯性传感器、超声波探测头、多通道信号采集模块和数据处理模块;
所述多通道信号采集模块用于循环采集所述人工侧线系统的检测信号,并将采集到的所述人工侧线系统的检测信号传递到所述数据处理模块;
所述数据处理模块用于基于所述人工侧线系统的检测信号,融合所述惯性传感器和所述超声波探测头的检测信号,结合涡街理论与伯努利理论,感知当前流场状态下的水流来流速度,来流方向,并对当前流场中的水下履带装备状态进行主动感知,实现水下履带装备的姿态检测、局部流场检测和障碍物检测。
2.如权利要求1所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述人工侧线系统包括多个压强传感器。
3.如权利要求2所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述人工侧线系统的布置方式为:
利用三维建模软件,批量建立不同姿态的水下履带装备和不同地形的水下环境的三维实体模型;根据建立的实体模型,通过流体动力学仿真软件对水下履带装备水下行驶过程进行模拟,得到水下履带装备外形上压强变化的敏感点;
在各压强变化的敏感点处分别布置压强传感器,组成人工侧线系统。
4.如权利要求2所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述数据处理模块具体用于:
对所述信号采集模块传递进来的所述人工侧线系统的检测信号进行卡尔曼滤波,然后进行傅里叶变换,得到所述人工侧线系统的时域信号和频域信号;
基于所述人工侧线系统的时域信号和频域信号,融合所述惯性传感器的检测信号和所述超声波探测头的检测信号,结合涡街理论与伯努利理论,感知当前流场状态下的水流来流速度,来流方向,并对当前流场中的水下履带装备状态进行主动感知,实现水下履带装备的姿态检测、局部流场检测和障碍物检测。
5.如权利要求4所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述局部流场检测,包括:
根据所述人工侧线系统的时域信号的峰值大小和所述人工侧线系统中压强传感器的位置判断来流速度,并融合所述惯性传感器的检测信号校正来流方向。
6.如权利要求4所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述水下履带装备的姿态检测,包括:
基于当前流场信息中的局部流场检测结果,融合所述惯性传感器的检测信号,判断当前流场信息中,水下履带装备的横摆状态和俯仰状态。
7.如权利要求4所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述障碍物检测,包括:
根据所述人工侧线系统的时域信号的数值分布规律,对比无障碍物的水下履带装备的人工侧线系统的检测信号作为基准信号,并融合所述超声波探测头的检测信号,根据伯努利原理,对水下履带装备的侧方障碍物信息进行检测;
根据所述人工侧线系统的频域信号特征频率,对比无障碍物的水下履带装备的人工侧线系统的检测信号,并融合所述超声波探测头的检测信号,计算当前流场的雷诺数,应用涡街理论对水下履带装备的前方障碍物信息进行检测。
8.如权利要求7所述的基于人工侧线的水下履带装备状态感知系统,其特征在于,所述多个压强传感器被均分为多组;
当水下履带装备靠近壁面,近壁判别系数计算公式如下:
其中,