本发明涉及水下无人潜航器以及近场定位，尤其是一种恒定体积目标的仿生侧线定位方法及系统。
背景技术：
1、水下无人集群在军事装备、资源勘探、科学研究等方面具有重要作用，往往需要紧密编队以协同完成特定的任务，近场定位是无人系统集群化密集化运行的关键技术。鱼类可以有效地感知周围水环境中的水动力学变化信息，并在鱼类的趋流、避障、捕食定位、集群等行为中起到重要的作用。借鉴大自然中鱼类利用侧线器官感知周围同伴或目标的基本原理，仿生侧线定位这一技术途径被提出以解决水下机器人或潜航器的近场同类/异类目标的探测定位问题。
2、就仿生侧线近场目标定位而言，当前的技术方案主要根据目标的既有运动特点而针对性地设计相应的定位方法，如将目标视为一个以恒定频率、幅度运动的理想偶极子源，通过获取其产生的水动力场变化数据反解目标位置。此类方法在实际应用过程中具有很大的局限性，面临“目标不一样则定位方法不一样”的问题，对于如何定位以一般规律运动的一般形状目标仍未见有效的解决方案。
3、本发明针对更具一般性的以任意频率和幅度运动的恒定体积目标，提出了相应的有效定位方法，适应性更强，更为实用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种恒定体积目标的仿生侧线定位方法及系统，适用于以一般规律运动的一般形状目标的定位，可实现多目标定位，且分辨能力强，具有更强的适应性和实用性。
2、为实现上述目的，本发明提供一种恒定体积目标的仿生侧线定位方法，所述方法应用于水下机器人或水下无人潜航器，具体步骤如下：
3、步骤s1，采集水下机器人或水下无人潜航器的人工侧线阵列各阵元的压力变化信号；
4、步骤s2，根据人工侧线阵列各阵元的压力变化信号计算协方差矩阵；
5、步骤s3，对协方差矩阵做特征分解，计算噪声子空间；
6、步骤s4，计算空间谱；计算不同位置处的空间谱数值，得到整个区域的空间谱；
7、步骤s5，对空间谱进行谱峰搜索，判断峰值所在的位置，根据峰值所在位置确定目标位置；当有多个峰值时，表示有多个目标，根据峰值所在位置确定多个目标位置。
8、进一步，步骤s1中，人工侧线阵列是根据仿生鱼类侧线感知压力变化的原理，在水下无人潜航器上设置由若干压力传感器组成的阵列，用于测量水下目标运动时产生的水动力场压力变化，所述阵列布置于水下无人潜航器的外表面。
9、进一步，步骤s1中，各阵元的压力变化信号作为向量，其元素分别表示编号为i的阵元采集得到的压力信号，其中m表示阵元数量，n表示快拍数。
10、进一步，步骤s2中，计算协方差矩阵的公式如下：
11、。
12、进一步，步骤s3中，对协方差矩阵做特征分解，当有m (m<m)个目标时，噪声子空间是由矩阵的m-m个小特征值对应的特征向量张成的向量空间，是一个维的矩阵。
13、进一步，步骤s4中，选定一个目标位置区域，并将按一定的间隔划分出若干离散位置，k表示所划分得到的离散位置点的数量，按如下公式计算不同位置处的空间谱数值，得到整个区域的空间谱
14、
15、式中，为阵列响应向量，描述了当目标做简谐运动时，由人工侧线阵列各阵元采集得到的压力信号的变化幅值组成的向量，r表示位置向量，m为阵元的个数，i表示阵元的编号。
16、进一步，确定阵列响应向量的具体方式如下：
17、步骤s100，设置目标简谐运动参数；
18、确定目标做简谐运动的幅值和频率，使得目标以给定位置为中心，按做简谐运动；
19、步骤s200，采集训练数据；
20、选择合适的数据采样区域，并在整个区域内设置合适的数据采样点，k0表示设置的数据采样点数量，建立采样点网格，利用与阵列外形和阵元布局相同的阵列采集训练数据；
21、步骤s300，阵列响应向量拟合；
22、利用各阵元的离散采样压力信号数据，求取各阵元的压力变化幅值，得到，分别对的各分量进行学习拟合；
23、进一步，步骤s100至s300仅需在定位前执行一次，以得到学习拟合后的阵列响应向量，后续每一次定位计算时直接使用。
24、进一步，训练采样点的间隔大于空间谱计算时所选择位置点的间隔，计算空间谱时利用学习拟合得到的响应向量函数模型进行插值。
25、另一方面，本发明提供一种恒定体积目标的仿生侧线定位系统，所述系统用于实现根据本发明的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，所述系统应用于水下机器人或水下无人潜航器，提供恒定体积目标的定位。
26、有益效果如下：
27、（1）本方法不约束目标的形状，适用于一般恒定体积目标的定位。
28、（2）本方法不约束目标作固定幅值与频率的简谐运动，适用于以时变幅值和频率运动目标的定位。
29、（3）本方法不约束人工侧线阵列的形状和阵元布局，适用于一般外形和阵元分布的人工侧线阵列。通过学习拟合得到难以解析建模的阵列响应向量，且仅需要采集简谐运动这一条件下的压力数据来进行一次学习即可。同时，对于较大的球形或近球形目标，还可采用等比例缩比目标模型，降低响应向量建模的工程难度。
30、（4）本方法可实现多目标定位，且分辨能力强。
1.恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，所述方法应用于水下机器人或水下无人潜航器，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，步骤s1中，人工侧线阵列是根据仿生鱼类侧线感知压力变化的原理，在水下无人潜航器上设置由若干压力传感器组成的阵列，用于测量水下目标运动时产生的水动力场压力变化，所述阵列布置于水下无人潜航器的外表面。
3.根据权利要求2所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，步骤s1中，各阵元的压力变化信号作为向量，其元素分别表示编号为i的阵元采集得到的压力信号，其中m表示阵元数量，n表示快拍数。
4.根据权利要求1所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，步骤s2中，计算协方差矩阵的公式如下：
5.根据权利要求1所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，步骤s3中，对协方差矩阵做特征分解，当有m (m<m)个目标时，噪声子空间是由矩阵的m-m个小特征值对应的特征向量张成的向量空间，是一个维的矩阵。
6.根据权利要求1所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，步骤s4中，选定一个目标位置区域，并将按一定的间隔划分出若干离散位置，k表示所划分得到的离散位置点的数量，按如下公式计算不同位置处的空间谱数值，得到整个区域的空间谱
7.根据权利要求6所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，确定阵列响应向量的具体方式如下：
8.根据权利要求7所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，步骤s100至s300仅需在定位前执行一次，以得到学习拟合后的阵列响应向量，后续每一次定位计算时直接使用。
9.根据权利要求8所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，其特征在于，训练采样点的间隔大于空间谱计算时所选择位置点的间隔，计算空间谱时利用学习拟合得到的响应向量函数模型进行插值。
10.恒定体积目标的仿生侧线定位系统，所述系统用于实现根据权利要求1-9任一项所述的恒定体积目标的仿生侧线定位方法，所述系统应用于水下机器人或水下无人潜航器，提供恒定体积目标的定位。
