一种水下机器人多普勒故障随机共振检测装置及检测方法

摘要

本发明的目的在于提供一种水下机器人多普勒故障随机共振检测装置及检测方法，检测装置包括安装于水下机器人电子舱内的PC104模块化系统、第一通讯模块、随机共振装置、故障特征提取装置以及安装在陆地上的第二通讯模块和检测结果显示装置，PC104模块化系统分别与第一通讯模块、随机共振装置和故障特征提取装置的输出端相连，故障特征提取装置的输入端与随机共振装置相连，第二通讯模块的输入端与第一通讯模块相连，检测结果显示装置与第二通讯模块相连。本发明在抑制水下机器人多普勒传感器信号中所含外部随机干扰的同时，增强故障信号特征，能解决现有传感器故障检测方法受外部干扰和量测噪声影响，多普勒故障漏检问题。

主权项

一种水下机器人多普勒故障随机共振检测方法，其特征是：(1)PC104模块化系统采集多普勒数据，对多普勒数据采用滑动窗进行截取，当截取到数据的长度为L时，进行下一步；(2)对截取的多普勒信号进行自适应随机共振调整：将截取的多普勒数据作为双稳随机共振系统的输入信号，所述双稳随机共振系统包括随机共振电路输入端、随机共振电路输出端、第一‑第七电阻、电容、积分器、反向器、第一‑第二可调电阻、第一‑第二乘法器，随机共振电路输入端与PC104模块化系统相连，第一电阻一端与随机共振电路输入端连接，第一电阻另一端与电容、积分器反向输入端连接，积分器的正向输入端与第六电阻一端连接，第六电阻另一端接地，积分器的输出端与第四电阻一端连接，电容另一端分别与第二乘法器的一个输入端、第一乘法器的两个输入端连接，第一乘法器的输出端与第二乘法器的另一个输入端连接，第二乘法器的输出端与第一可调电阻的一个固定端连接，第一可调电阻的另一个固定端接地，第一可调电阻的可调端与第五电阻一端连接，第五电阻另一端与积分器反向输入端连接，第四电阻另一端分别与反相器的反向输入端、第二电阻的一端连接，反相器的正向输入端与第七电阻连接，第七电阻的另一端接地，反相器的输出端分别与随机共振电路输出端、第二可调电阻的一个固定端连接，第二电阻的另一端分别与随机共振电路输出端、第二可调电阻的一个固定端连接，第二可调电阻另一个固定端接地，第二可调电阻的可调端与第三电阻一端连接，第三电阻的另一端与积分器的反向输入端连接；所述双稳随机共振系统表达式为式中s(t)为多普勒输入信号，x为双稳系统输出信号，a、b为双稳系统结构参数；固定双稳随机共振系统结构参数b，按固定步长λ从0开始调节双稳随机共振系统结构参数a，并计算评价指标信噪比SNR，当SNR出现局部极大值时，取此时a值为最佳结构参数，随机共振调整结束，随机共振系统输出信号即为实现了随机共振的多普勒数据；(3)对上一步获取的随机共振系统输出信号进行N层小波分解，小波基函数为“X”，取第N层小波分解后的细节系数模极大值M作为多普勒数据的故障信号特征；(4)计算故障系数R，R＝M/τ，τ为故障阈值；(5)根据步骤(4)计算得出的故障系数R，与1进行比较以判断是否发生故障：当R≥1时，此时待测水下机器人发生多普勒故障，在检测结果显示装置处显示故障并报警，提示操作者终止水下机器人作业；当R<1时，则待测水下机器人多普勒工作状态正常，PC104模块化系统继续采集多普勒数据，舍弃原数组第一个数据并将新采集回来的数据放在原数组的末尾形成新数组，使数据长度始终未L并返回步骤(2)。