基于虚拟力的水下传感器监控反潜策略研究

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作者 张鸿强 曾斌 张利龙 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2024年第1期49-55,共7页

近年来无人潜航器对海上重要目标的威胁逐渐增大,体积小、噪声低、行动隐蔽的特点使其很难被发现。为此提出了一个基于虚拟力的传感器监控网络构建算法,通过将三维地形分割,得到面积最小的垂直切面。在该切面上部署传感器,定义了传感器... 近年来无人潜航器对海上重要目标的威胁逐渐增大,体积小、噪声低、行动隐蔽的特点使其很难被发现。为此提出了一个基于虚拟力的传感器监控网络构建算法,通过将三维地形分割,得到面积最小的垂直切面。在该切面上部署传感器,定义了传感器所受重力、互相之间斥力以及边界斥力,在合力的作用下达到平衡状态时完成传感器部署。理论分析和仿真验证表明,提出的算法对复杂地形适应性强,能够根据覆盖率要求得到对应的传感器部署策略,与传统方法相比更灵活,且通过与VFOPCA算法比较,其能耗更低收敛更快。该研究对监控无人潜航器的侵入有指导借鉴意义。 展开更多

关键词 水下传感器网络 三维地形 虚拟力 栅栏覆盖 反潜

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一种能量均衡的水下无线传感器网络覆盖空洞修补方法

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作者 闫雒恒 皇甫中民 《华北水利水电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第3期33-41,共9页

针对现有水下无线传感器网络空洞修补方法需要空洞边界探测、通信和计算开销大、覆盖率和能量均衡性差、水下环境模型过于理想化等问题,考虑水底地形复杂,且通常存在较大障碍物等环境因素,建立了基于能量的节点之间、区域边界、零能量... 针对现有水下无线传感器网络空洞修补方法需要空洞边界探测、通信和计算开销大、覆盖率和能量均衡性差、水下环境模型过于理想化等问题,考虑水底地形复杂,且通常存在较大障碍物等环境因素,建立了基于能量的节点之间、区域边界、零能量空洞、低能量覆盖洞、水底地形及障碍物作用力等多维度的虚拟力模型,提出了基于上述虚拟力模型和能量均衡的空洞修补算法。该算法不需要精确的空洞边界探测,对水下复杂地形和不同环境具有良好的适应性和鲁棒性。此外,提出的对低能量节点、低能量覆盖洞冗余修补的策略,显著提高了修补后网络能量分布的均衡性,减少了因低能量节点的能量很快耗尽而出现新的覆盖空洞的频率,减少了空洞修补频次,降低了网络维护成本。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 覆盖控制 空洞修补 虚拟力 能量均衡

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基于IABC-VFA融合的水下传感网络覆盖优化研究

3

作者 张伶俐 罗成名 +1 位作者 张代雨 张贝 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第2期150-155,共6页

针对水下无线节点不均匀部署导致的覆盖率低的问题,将改进人工蜂群结合虚拟力算法(Improved Artificial Bee Colony-Virtual Force Algorithm, IABC-VFA)用于水下无线网络覆盖中,改进寻优精度不足以及易陷入局部优化的缺点。首先,在初... 针对水下无线节点不均匀部署导致的覆盖率低的问题,将改进人工蜂群结合虚拟力算法(Improved Artificial Bee Colony-Virtual Force Algorithm, IABC-VFA)用于水下无线网络覆盖中,改进寻优精度不足以及易陷入局部优化的缺点。首先,在初始阶段引入Tent混沌映射产生混沌序列以获得更均匀的搜索空间;其次,在跟随蜂阶段引入虚拟力算法对雇佣蜂阶段生成的解进行蜜源位置优化更新。最后,引入柯西-高斯变异策略变异当前最优解,使其跳出局部最优。仿真实验对比表明,本文提出的IABC-VFA算法比3D-IVFA和DABVF算法分别提高了1.30%和1.63%的覆盖率,节点利用率优于其他2种算法,可应用于三维水下无线传感器网络节点部署。 展开更多

关键词 水下传感网络 人工蜂群 虚拟力算法 覆盖性能

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事件驱动的水下传感器网络部署研究 被引量：5

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作者 王力立 黄成 +1 位作者 徐志良 吴晓蓓 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第9期50-52,57,共4页

考虑到水下传感器能力受限的特点,提出了一种针对不确定事件监测的水下传感器网络部署方法。初始部署阶段采用随机深度调节的方法让节点均匀分布,以捕捉到更多的事件。重部署阶段节点则根据探测到的事件信息,基于虚拟力的方法进行移动,... 考虑到水下传感器能力受限的特点,提出了一种针对不确定事件监测的水下传感器网络部署方法。初始部署阶段采用随机深度调节的方法让节点均匀分布,以捕捉到更多的事件。重部署阶段节点则根据探测到的事件信息,基于虚拟力的方法进行移动,并且通过引入分簇控制的思想,将节点移动范围限制在各个簇内,从而降低了重构的规模,保证了网络的连通性。仿真结果表明:该算法可以在满足覆盖性能的同时,有效缩短节点的移动距离。 展开更多

关键词 水下传感器网络 部署 分簇 虚拟力

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一种新型水下机器人用六维腕力传感器 被引量：16

5

作者 崔维娜 王巍 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期388-390,共3页

本文提出了一种新型水下作业机械手用六维腕力传感器。该传感器具有结构简单 ,易于加工、密封和水压力补偿的特点。文中介绍了该传感器的机械结构、弹性体的力学模型和力—变形转换矩阵。文章最后对设计的腕力传感器进行了标定 ,获得了... 本文提出了一种新型水下作业机械手用六维腕力传感器。该传感器具有结构简单 ,易于加工、密封和水压力补偿的特点。文中介绍了该传感器的机械结构、弹性体的力学模型和力—变形转换矩阵。文章最后对设计的腕力传感器进行了标定 ,获得了传感器的转换矩阵 。 展开更多

关键词 水下机器人 六维腕力传感器 水下作业

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膜片式水下力传感器力学特性与设计原则分析 被引量：5

6

作者 王勇 刘正士 +1 位作者 陈恩伟 葛运建 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第15期1774-1777,共4页

以水下机器人所用多轴力传感器的压力平衡结构为研究对象,基于液体的可压缩性,提出了膜片式压力平衡传感器内外压力差的迭代算法,推导出了膜片式压力平衡法的内外压力差、额外轴向力及相关公式。分析了压力差在传感器上产生的额外轴向... 以水下机器人所用多轴力传感器的压力平衡结构为研究对象,基于液体的可压缩性,提出了膜片式压力平衡传感器内外压力差的迭代算法,推导出了膜片式压力平衡法的内外压力差、额外轴向力及相关公式。分析了压力差在传感器上产生的额外轴向力及影响额外轴向力的相关因素,结果表明,膜片式压力平衡法难以胜任大压力平衡。总结了膜片式水下力传感器结构设计原则:基于膜片式压力平衡的水下力传感器结构应紧凑,其长径比、壁厚应尽可能小;压力平衡膜片面积应尽量大,而内部存油液应尽量少。 展开更多

关键词 水下机器人 多轴力传感器 压力平衡 结构设计 膜片

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基于微机电系统的水下灵巧手触觉力测量传感器 被引量：5

7

作者 张建军 刘卫东 +1 位作者 张溢文 汤伟江 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期76-82,共7页

为了实现深水环境下水下灵巧手抓取目标的定位及触觉力感知,设计了阵列式触觉力测量传感器.以硅杯作为力敏感核心,利用胶囊式差压状结构实现了水的静态压力矢量叠加下的触觉力测量,并消除了水的静态压力对触觉力测量的影响.利用弹性力... 为了实现深水环境下水下灵巧手抓取目标的定位及触觉力感知,设计了阵列式触觉力测量传感器.以硅杯作为力敏感核心,利用胶囊式差压状结构实现了水的静态压力矢量叠加下的触觉力测量,并消除了水的静态压力对触觉力测量的影响.利用弹性力学与板壳理论分析了方形硅杯底部变形与应力的解析解,并与有限元法的分析结果加以对比.结果表明,所设计的灵巧手触觉力测量传感器具有样本抓取的触觉感知及位置感知,其胶囊式差压状结构使得触觉力测量传感器能够消除水的静态压力的影响,硅杯式测量结构具有灵敏度高、误差小、输出应力大的特点. 展开更多

关键词 水下灵巧手 触觉力测量 差压补偿 压阻式传感器 硅杯

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一种小规模水下无线传感器网络的部署算法 被引量：17

8

作者 罗强 潘仲明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1043-1047,共5页

覆盖问题是水下无线传感器网络的一个基本问题。在虚拟力算法中,"虚拟"的力作为传感器节点部署策略被构造,以提高传感器节点的初始随机覆盖后的覆盖率。在传感器区域中,每个传感器节点都可以作为其它所有节点的"受力的源... 覆盖问题是水下无线传感器网络的一个基本问题。在虚拟力算法中,"虚拟"的力作为传感器节点部署策略被构造,以提高传感器节点的初始随机覆盖后的覆盖率。在传感器区域中,每个传感器节点都可以作为其它所有节点的"受力的源",这种力既可以是引力,也可以是斥力。基于虚拟力的概念,构造了节点间虚拟力区域,并提出了一种快速虚拟力算法。不同于其它虚拟力算法,这是一种简化的自组织算法,它能够有效地提高小规模的水下无线传感器网络的覆盖率。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 覆盖 虚拟力 自组织

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基于定向移动的水下传感器网络覆盖算法 被引量：8

9

作者 杜晓玉 李辉 周林 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期76-80,共5页

覆盖率是衡量无线传感器网络服务质量的重要指标。为提高网络覆盖率,针对水下三维传感器网络模型,提出一种基于定向移动的虚拟力算法。将虚拟力简化为节点只受邻居节点的斥力作用,定义当2个邻居节点的感知圆球相切时,其位置为相对理想... 覆盖率是衡量无线传感器网络服务质量的重要指标。为提高网络覆盖率,针对水下三维传感器网络模型,提出一种基于定向移动的虚拟力算法。将虚拟力简化为节点只受邻居节点的斥力作用,定义当2个邻居节点的感知圆球相切时,其位置为相对理想位置。节点所受虚拟力大小与节点移动到相对该邻居的理想位置所需移动的距离成正比,而节点移动的距离与节点所受到的虚拟力的合力相关。实验结果表明,该算法能有效地对水下传感器网络的布局进行优化,提高网络覆盖率。 展开更多

关键词 三维传感器网络 覆盖 水下传感器网络 虚拟移动 定向虚拟力算法 感知圆球

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水下机器人手爪力感知系统研究 被引量：2

10

作者 邱联奎 雷建和 +2 位作者 宋全军 余永 葛运建 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期1152-1156,共5页

提出了一种水下机器人手爪力感知系统的组成结构,该力感知系统由一个六维力/力矩传感器和三指夹持器指端的三个指力传感器组成,本文介绍了上述两种传感器的设计和标定,并对利用该手爪系统抓取物体进行了实际测试和分析,实验结果表明;所... 提出了一种水下机器人手爪力感知系统的组成结构,该力感知系统由一个六维力/力矩传感器和三指夹持器指端的三个指力传感器组成,本文介绍了上述两种传感器的设计和标定,并对利用该手爪系统抓取物体进行了实际测试和分析,实验结果表明;所设计的力感知系统能够实时地感知腕力和夹持力信息,可以满足机械手力控制的需要。 展开更多

关键词 六维力/力矩传感器 指力传感器 水下机器人手爪

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一种水下机器人用多轴力传感器的结构设计 被引量：2

11

作者 刘正士 王勇 +1 位作者 陈恩伟 葛运建 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第20期2481-2485,共5页

水下机器人用多轴力传感器的设计必须首先解决水压力平衡的问题。通过对几种典型的机器人用多轴力传感器结构在水压作用下的应力、应变进行分析,得到这几种结构的特点和适用条件:实心的柱体可以承受深水压力,但由于海水的腐蚀作用,开放... 水下机器人用多轴力传感器的设计必须首先解决水压力平衡的问题。通过对几种典型的机器人用多轴力传感器结构在水压作用下的应力、应变进行分析,得到这几种结构的特点和适用条件:实心的柱体可以承受深水压力,但由于海水的腐蚀作用,开放式柱体不适合作为弹性体;充油或充气的刚性封闭的薄壁结构不能承受深水压力;带补偿膜的薄壁圆筒结构只能承受浅水压力的作用;用软外囊封包的结构可以承受深水压力,实现足够大的体积变化而不致被破坏,但存在容易破损以及形状、质心不定的缺陷。提出一种水下机器人用多轴力传感器自适应结构的设计构思,这种结构兼有开放式和封闭式结构的优点。按照这种设计构思已试制出原型样机。 展开更多

关键词 水下机器人 水下多轴力传感器 压力平衡 结构设计

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一种水下灵巧手指端力测量方法的研究 被引量：3

12

作者 王华 孟庆鑫 张忠林 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期434-437,共4页

为了实现水下灵巧手对物体安全的抓取和准确确定其在手指上的位置,需开发一种能同时测量出力的大小和位置的传感器,而且该传感器适应水下作业环境.文中采用水压力补偿技术,建立了基于圆筒式测力结构的水下灵巧手末端指节的结构模型.对... 为了实现水下灵巧手对物体安全的抓取和准确确定其在手指上的位置,需开发一种能同时测量出力的大小和位置的传感器,而且该传感器适应水下作业环境.文中采用水压力补偿技术,建立了基于圆筒式测力结构的水下灵巧手末端指节的结构模型.对该结构的测力原理进行理论分析,验证该结构的合理性并推导出测量原理方程.对末端指节进行标定实验,计算出标定矩阵.采用ATMEGA微控制器建立测量系统,在陆上和浅水环境中对该指节的力感知能力进行测试,结果显示在水下和陆上的测量结果一致,且测试精度满足目前水下灵巧手研究的要求. 展开更多

关键词 水下灵巧手 圆筒 六维力/力矩 传感器

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基于AUV运动控制的水下传感器网络部署策略 被引量：2

13

作者 殷文正 刘胤祥 姜卫东 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期116-119,共4页

为提高水下传感器网络覆盖率,提出一种基于AUV运动控制的网络部署策略.通过引入改进虚拟力算法,加强事件对AUV节点的虚拟作用力,改善AUV节点运动控制,降低事件分布不均匀对网络覆盖的影响.仿真表明,该方法能有效提高网络事件集覆盖率,同... 为提高水下传感器网络覆盖率,提出一种基于AUV运动控制的网络部署策略.通过引入改进虚拟力算法,加强事件对AUV节点的虚拟作用力,改善AUV节点运动控制,降低事件分布不均匀对网络覆盖的影响.仿真表明,该方法能有效提高网络事件集覆盖率,同时AUV移动距离也有所降低,节点移动能耗得到控制. 展开更多

关键词 水下传感器网络 虚拟力 覆盖率 能耗

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基于信噪比-虚拟力算法的水下传感网络节点移动策略研究 被引量：2

14

作者 杨海波 赵克华 祝云凯 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1745-1749,1755,共6页

针对水下传感器网络节点移动过程中造成网络拓扑结构变化导致的节点能耗不均衡、网络吞吐量和生存时间下降的问题,提出一种基于信噪比的虚拟力算法。首先,考虑水下网络信道传输特性,构建信道信噪比数学模型;然后,以信噪比和节点度双指... 针对水下传感器网络节点移动过程中造成网络拓扑结构变化导致的节点能耗不均衡、网络吞吐量和生存时间下降的问题,提出一种基于信噪比的虚拟力算法。首先,考虑水下网络信道传输特性,构建信道信噪比数学模型;然后,以信噪比和节点度双指标修正传统虚拟力模型,讨论节点移动策略;最后,建立数值仿真环境验证移动策略的有效性。结果显示:相比于传统节点移动策略,本文所提出的移动策略可以有效提升网络吞吐量,延长网络生存时间。 展开更多

关键词 水下传感网络 信道模型 虚拟力 移动策略

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基于MEMS的水下触觉力传感器及BP网络标定实现 被引量：2

15

作者 张建军 李后生 +2 位作者 刘群坡 李涵 李沙沙 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2022年第12期1-6,共6页

由于受到水压强影响,水下触觉力测量易产生交叉灵敏度,造成触觉力信号分辨困难的问题。针对此问题设计了基于MEMS的水下触觉力传感器。该触觉力传感器呈胶囊外形且为差压式结构,上侧感知水压强与触觉力信息,下侧感知水压强信息,通过在M... 由于受到水压强影响,水下触觉力测量易产生交叉灵敏度,造成触觉力信号分辨困难的问题。针对此问题设计了基于MEMS的水下触觉力传感器。该触觉力传感器呈胶囊外形且为差压式结构,上侧感知水压强与触觉力信息,下侧感知水压强信息,通过在MEMS上下侧矢量叠加实现触觉力测量。设计了基于STM32的传感器数据采集电路及BP网络数据融合算法。通过构建4层BP网络,触觉力信号、温度信号、深度信号作为网络输入,真实触觉力值作为网络输出训练网络,将训练好的神经网络发送至STM32通过数据处理实现真实触觉力输出,传感器融合精度5%。文中设计的触觉力传感器具有的差压式结构能够消除水静态压强影响,并且结合BP网络数据融合算法实现了真实触觉力信号输出,对水下环境用触觉力测量具有重要意义。 展开更多

关键词 水下触觉力传感器 触觉力测量 压阻式传感器 BP神经网络 数据融合

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