CN114646949B - 一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分裂波束声呐校正领域，涉及一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法。步骤如下：输入电机位置、深度位置以及标准球预置位置；计算放线长度矩阵；根据矩阵精度选择矩阵插值以及矩阵寻址方法；电机实际放线；读取放线后标准球位置；计算当前标准球位置与预置位置距离并选取合适步长因子；判断步长因子取值，若不为0，则从判断矩阵精度开始不断循环；若为0，则标准球达到预置位置。本方法实现了以智能化方式调整标准球位置的目的，摆脱了先前的人工调整方式，降低了声呐校正工作的人力投入以及时间投入。

Description

一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法
技术领域
本发明属于分裂波束声呐校正领域，涉及一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法。
背景技术
在过去的几十年里，声学调查方法已经成为估计鱼类种群丰度中使用最广泛的方法之一，与其它渔业资源调查方法相比，渔业水声学方法因其探测范围广、调查效率高、对调查区域的生态环境没有损害以及对鱼群定位较为准确等优点，为世界渔业发达国家所广泛采用。但是渔业资源探测中有一个很重要的参数是声纳换能器的指向性，即声呐向各个方向发射以及接收声波能力的强弱，随着时间的推移，这一参数会发生变化，所以对它的校正尤为重要。目前的校正采用国际上的标准目标方法，即利用已知目标强度的标准球对声呐进行校正，即在船体安装传感器的情况下，球体由船一侧的两条线和另一侧的第三条线悬挂，三条线由电机控制，通过控制电机进而控制三条线的放线长度，使小球遍历声呐波束的每一个位置，通过实际测量的目标与已知目标强度的标准球进行比对并纠正，最终达到同一物体在声束各个方向的目标强度相同的目的。现有的校正工作采用人眼识别球体位置，手动调整放线长度的工作方式，整个校正过程大约需要5-9个小时，因此投入的时间成本非常大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法。
本发明采用如下技术方案：
一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法，包括以下几个步骤：
步骤一：获取三台步进电机放线位置平面坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)以及标准球预置深度depth，标准球预置位置(x0,y0)；
步骤二：计算理论放线长度矩阵H1[L1],H2[L2],H3[L3]，其中L1，L2，L3为放线长度；
步骤三：根据矩阵行列步长选择矩阵元素寻址以及矩阵插值方法计算实际放线长度；
步骤四：根据求得放线长度实际放线；
步骤五：获取标准球现位置坐标:(x_cur,y_cur)；
步骤六：计算现位置坐标与目标位置坐标平面距离S以及x轴带符号偏移量以及y轴带符号偏移量；
x_ex＝x_cur-x0；
y_ex＝y_cur-y0；
其中；x_ex和y_ex分别代表横纵坐标偏移量；
步骤八：根据梯度下降理论，设置一个取值在[0,1]之间的等步长因子向量[step]，step为因子取值；最大值视实际条件选取，设为step_max，最小值为step_min＝0，步长取值应适中；设置距离分段区间[0,s1)[s1,s2).....[sn-1,sn]，分段区间数取与等步长因子数量相同；
将分段区间与等步长因子向量中的元素一一对应，例：若S∈[sn-1,sn]，则step＝step_max；
步骤九：判断求得的S所处的分段区间并找到对应的因子值
步骤十：根据已经得到的因子值，求出矩阵纠正坐标(cor_x,cor_y):
(cor_x,cor_y)＝(x0-step×x_ex，y0-step×y_ex)
步骤十一：对矩阵纠正坐标再进行插值或矩阵寻址，不断重复以上流程，判断S小于允许误差，则标准球到达目标位置。
本发明的优势在于：
本发明充分考虑现场实际情况，结合梯度下降理论，实现了声呐校正工作的智能化模式，摆脱了一直以来的人工调整方式，节省了大量的时间成本以及人力成本，利用科学方法解决实际工程问题，具有很好的前瞻性以及推广价值
附图说明
图1是海上实际校正模式图；
图2是声呐工作模式以及标准球位置捕捉信息图；
图3是本方法的基本流程图；
图4是放线长度矩阵模式图(以x2＝18，y2＝25，depth＝30为例)；
图5是本方法核心方法图解。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步详细说明
如图1，本发明应用的现场条件是处于海上的船体，由三条线吊着一个目标即标准球，三条线放线长度由各自的步进电机控制；
如图2，船体下方的声呐向水下垂直发射锥形声束，通过控制步进电机旋转角度控制放线长度进而控制标准球所处的位置，最终使标准球遍历声束中任何一个横截面；
但是实际工作中，由于环境的不确定性、人工调节的盲目性以及校正覆盖面积较大等原因，校正工作持续的时间很长。因此在可能的条件下，采用智能化方式利用计算机代替人工完成实际条件下的校正工作是有积极意义的；
结合图4，本发明的具体步骤如下：
步骤一：如图1，将三台步进电机分别标号为①，②，③，三台步进电机在平面构成等腰三角形，①处于等腰三角形顶点，②，③各置其余两点，等腰三角形规格视船体规模而定；
步骤二：如图1，定坐标轴，其中原点取在①向②，③连线投影的中心点处，y轴延②，③连线方向指向②，x轴取y轴顺时针旋转90°方向；
步骤三：如图1，获取三台步进电机放线位置平面坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)以及标准球预置深度depth，标准球预置位置(x0,y0)，可知x1＝-x2＝-x3，y1＝0，y2＝-y3；
步骤三：如图5，计算理论放线长度矩阵H1[L1],H2[L2],H3[L3]，其中L1，L2，L3为放线长度；
步骤四：根据矩阵行列步长选择矩阵元素寻址以及矩阵插值方法，描述如下：
若预置目标位置坐标点位置精度高于矩阵精度，则采用插值方式，插值方式描述：
本发明中将插值符号取为“griddata”，以第一条线放线长度为例
L1H＝griddata(x0,y0)；
其中：L1H为标准球预置位置为(x0,y0)时第一条线的放线长度；
当矩阵精度满足目标位置坐标精度要求，则采用矩阵寻址方式，矩阵寻址方法描述：
设矩阵为m×m方阵,则根据目标点位置确定矩阵坐标为
其中round代表四舍五入函数；
则三条线的放线长度分别为:
步骤五：根据求得放线长度实际放线；
步骤六：获取标准球现位置坐标:(x_cur,y_cur)；
步骤七：计算现位置坐标与目标位置坐标平面距离S以及x轴带符号偏移量以及y轴带符号偏移量；
x_ex＝x_cur-x0a；
y_ex＝y_cur-y0；
其中：x_ex和y_ex分别代表横纵坐标偏移量；
步骤八：根据梯度下降理论，设置一个取值在[0,1]之间的等步长因子向量[step]，step为因子取值，最大值视实际条件选取，设为step_max，最小值为step_min＝0，步长取值应适中；设置距离分段区间[0,s1)[s1,s2).....[sn-1,sn]，分段区间数取与等步长因子数量相同；
将分段区间与等步长因子向量中的元素一一对应，例：若S∈[sn-1,sn]，则step＝step_max；
步骤九：判断求得的S所处的分段区间并找到对应的因子值；
步骤十：如图2，根据已经得到的因子值，求出矩阵纠正坐标:
(cor_x,cor_y)＝(x0-step×x_ex，y0-step×y_ex)
步骤十一：对矩阵纠正坐标再进行插值或矩阵寻址，判断S是否小于允许误差，若大于允许误差，则不断循环以上流程；若小于允许误差，则终止循环，标准球到达目标位置。

Claims (2)

1.一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法，其特征在于，步骤包括：
步骤一：获取三台步进电机放线位置平面坐标(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)、预置深度depth以及标准球预置位置(x0，y0)；
步骤二：计算理论放线长度矩阵H1[L1]，H2[L2]，H3[L3]，其中，L1，L2，L3为放线长度：
步骤三：根据矩阵行列步长选择矩阵元素寻址以及矩阵插值方法计算实际放线长度；
步骤四：根据已经求得的三条线的放线长度，进行放线操作；
步骤五：获取标准球现位置坐标：(x_cur，y_cur)；
步骤六：计算现位置坐标与目标位置坐标平面距离S以及x轴带符号偏移量以及y轴带符号偏移量：
x_ex＝x_cur-x0；
y_ex＝y_cur-y0；
其中，x_ex和y_ex分别代表横纵坐标偏移量；
步骤七：根据梯度下降理论，设置一个取值在[0，1]之间的等步长因子向量[step]，step为因子取值，最大值视实际条件选取，设为step_max，最小值为step_min＝0，步长取值应适中；
设置距离分段区间[0，s1)[s1，s2).....[sn-1，sn]，分段区间数取与等步长因子数量相同，将分段区间与等步长因子向量中的元素对应；
步骤八：判断求得的S所处的分段区间并找到对应的因子值；
步骤九：根据已经得到的因子值，求出矩阵纠正坐标：
(cor_x，cor_y)＝(x0-step×x_ex，y0-step×y_ex)
步骤十：对矩阵纠正坐标再进行插值或矩阵寻址，设置允许误差，判断S是否小于允许误差，小于允许误差则标准球到达目标位置，大于允许误差则不断重复从步骤三开始的流程。
2.如权利要求1所述的一种分裂波束声呐校正用标准球位置自适应控制方法，其特征在于，所述的步骤三中，矩阵元素寻址方法具体步骤如下：
设矩阵为m×m方阵，则根据目标点位置确定矩阵坐标为
其中round代表四舍五入函数；则三条线的放线长度分别为：
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