(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211340642.7 (22)申请日 2022.10.28 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 胡桥　姜光宇　彭浩然　范仁慧　 吉新杭　荣毅　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 姚咏华 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种水下主动电场探测阵列布局优化方法 及相关装置 (57)摘要 一种水下主动电场探测阵列布局优化方法 及相关装置， 包括： 生成待布阵的流线型曲线； 在 获得的流线型曲线首尾处各布置一个发射电极； 根据水下典型目标探测场景， 确定探测区域， 并 将探测区域进行矩形网格离散化； 基于离散后的 网格， 根据接收电极的实际安装尺寸， 确定接收 电极的最小间距和接收电极的数量， 建立基于平 均克拉美罗下界的目标函数； 对建立的目标函数 进行迭代 求解， 求解得到的最优个体 即对应阵列 的最优布局方式。 本发明提出的阵列布局方法具 有较高的计算效率， 在传感器数量相同的情况 下， 相比于传感器均匀布置具有更高的定位精 度， 为水下主动电场探测阵列的布局优化提供了 设计参考和理论依据。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115510765 A 2022.12.23 CN 115510765 A 1.一种水 下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特 征在于， 包括： 根据探测阵列的实际大小和尺寸， 确定阵列的长度参数、 形状参数， 并根据阵列的长度 参数和形状参数， 生成待布阵的流线型曲线； 在获得的流线型曲线首尾处各布置一个发射电极， 其中两发射电极接入大小相同、 方 向相反的交变电流； 根据水下典型目标探测场景， 确定探测区域， 并将探测区域进行矩形网格离散化， 离散 后的网格代 表目标可能出现的位置； 基于离散后的网格， 根据接收电极的实 际安装尺寸， 确定接收电极的最小间距和接收 电极的数量， 并以此为约束条件， 建立基于平均克拉美罗下界的目标函数； 对建立的目标函数进行迭代求 解， 求解得到的最优个 体即对应阵列的最优布局方式。 2.根据权利要求1所述的一种水下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特征在于， 采用 共形映射的方法， 生成待布阵的流线型曲线： 共形映射方法： 对于复平面C和点ξ∈C， 如果满足下式的变换， 则 ξ 由复平面C映射至z平 面； ξ ＝Reβ i‑λ, β ∈[‑π, π ) b＝R‑λ 式中， R定义流线体的长度， λ/R定义流线体的形状， 共形映射可以将圆形映射到一个对 称的流线体上， 同时保证映射后角度不变。 3.根据权利要求1所述的一种水下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特征在于， 电流 频率和大小根据探测范围的大小调整。 4.根据权利要求1所述的一种水下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特征在于， 目标 函数由下式求得： 式中， I‑1(r)是Fisher信息矩阵I(r)的逆矩阵， R(r)定义为目标与阵列中心的距离； M为 探测水域内离散网格的个数； Ω代表阵列 布局方式， Ψ代表约束 条件， 即接收电极的数量和 最小间距。 5.根据权利要求4所述的一种水下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特征在于， Fisher信息矩阵描述了从观测数据中能够获得的信息测度， Fisher信息矩阵的计算公 式如 下： 式中， σ2为噪声信号的方差， N表示采样点数， 待估计参数r定义为目标的位置r＝[x  y]T， s权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115510765 A 2＝[n； r]表示在第n次采样、 目标位置为r时， 接收电极上信号的变化 值。 6.根据权利要求1所述的一种水下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特征在于， 采用 灰狼优化 算法对建立的目标函数进行迭代求 解： 灰狼优化 算法求解阵列布局目标函数最优值的具体步骤如下： 初始化灰狼种群， 定义种群数量和迭代次数； 按照建立的目标函数计算灰狼种群的个体适应度， 并保存适应度值最小的前3匹狼α 狼, β 狼和 δ狼； 灰狼种群的个 体适应度值F(Ω)可按照下式计算： 式中， f(Ω)为 建立的优化目标函数， gj(Ω)≥0代表所有的约束条件， fmax代表狼群中所 有满足约束条件的个 体中目标函数值的最大值； 步骤5.3： 按照狼群位置更新公式更新 其他搜索狼 ω的位置， 以及参数a， A和C的值； 步骤5.4： 计算全部灰狼种群 个体的适应度， 并替换α 狼, β 狼和 δ狼的位置； 步骤5.5： 重复上述步骤， 直到寻找到全局最优解或者满足预设的迭代次数为止， 选择 最优灰狼个 体作为阵列的最优布局方式。 7.根据权利要求6所述的一种水下主动电场探测阵列布局优化方法， 其特征在于， 狼群 位置更新公式按照下式计算： 式中， t为 当前迭代次数， Xp(t)为猎物的位置向量， X(t)为搜索狼的位置向量， A和C为系 数向量。 8.一种水 下主动电场探测阵列布局优化系统， 其特 征在于， 包括： 流线型曲线获得模块， 用于根据探测阵列的实际大小和尺寸， 确定阵列的长度参数、 形 状参数， 并根据阵列的长度参数和形状参数， 生成待布阵的流线型曲线； 发射电极布置模块， 用于在获得的流线型曲线首尾处各布置一个发射电极， 其中两发 射电极接入大小相同、 方向相反的交变电流； 探测区域确定模块， 用于根据 水下典型目标探测场景， 确定探测区域， 并将探测区域进 行矩形网格离 散化， 离散后的网格代 表目标可能出现的位置； 目标函数建立模块， 用于基于离散后的网格， 根据接收电极的实际安装尺寸， 确定接收权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115510765 A 3