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基于多特征参数融合的声学水下滑翔机远程异常检测研究
| 论文题名： | 基于多特征参数融合的声学水下滑翔机远程异常检测研究 |
| 关键词： | 声学水下滑翔机;远程异常检测;多特征参数融合;主元分析方法 |
| 摘要： | 声学水下滑翔机是一种通过调整净浮力来实现潜浮运动，并依靠可移动和旋转的内部质量块来调整姿态的新型水下无人航行器，通过搭载声学传感器，完成海洋声学环境数据采集，具有低功耗、长航时、高隐蔽性及低成本的特点。 海洋环境的复杂多变，使声学水下滑翔机面临着各种各样的异常情况。现有机载异常检测机制采用对单一检测参数设定固定阈值的方式，能够响应大多数异常故障，但是难以及时检测到一些具有渐变性、高隐蔽性的异常情况。同时，由于数据传输受限与平台低功耗运行特点，难以在线运行基于大数据的复杂异常检测机制。本文以声学水下滑翔机为研究对象，在数据受限的条件下，提出了一种基于多特征参数融合的声学水下滑翔机远程异常检测方法。本文主要研究内容与成果如下： (1)建立了声学水下滑翔机动力学模型并提取了用于远程异常检测的特征参数。首先，考虑重浮心调平误差和海水密度变化等因素，采用牛顿欧拉法建立了声学水下滑翔机的六自由度空间动力学模型；然后，以该模型为基础，分析了声学水下滑翔机常见的三种异常类型对其运动性能的影响规律；最后，根据仿真分析结果以及声学水下滑翔机所采数据类型，提取了八种用于远程异常检测的特征参数。 (2)提出了基于主元分析法的多特征参数融合声学水下滑翔机远程异常检测方法。首先，结合声学水下滑翔机海试异常数据，总结了三类异常现象，即水听器半脱落、外置传感器密封失效与可动电池包异常；然后，基于声学水下滑翔机海试数据，分析验证了本文选取的特征参数的正确性；最后，为了设置合理的安全阀值以提升检测精度，本文提出了一种基于主元分析方法的多特征参数融合远程异常检测方法。 (3)试验验证了本文提出的多特征参数融合远程异常检测方法的正确性，并基于试验分析结果完成了该方法的优化改进。首先，基于声学水下滑翔机的海试数据，验证了本文提出的多特征参数融合远程异常检测方法的正确性；然后，针对初步检测结果中海洋环境干扰造成的误报警率高的问题，采用DBSCAN聚类算法筛选出正常剖面中具有干扰噪声的特征参数数据集，并重新构建主元模型；试验分析结果表明，经过筛选后的主元模型不仅显著降低了误报警率，还能及时检测到异常剖面。 |
| 作者： | 陈俊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王延辉;任翀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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