基于无线传感网络的炸点声定位技术研究

发布时间：2020-06-30 07:10

【摘要】：在火炮武器系统测试定型过程中,进行实弹打靶试验,测量弹着点或脱靶量,以便评估其攻击效果和命中精度,炮弹落炸点的三维坐标测量是该武器性能评估的重要手段之一。基于被动声探测的目标定位技术一直受到广泛关注,该技术采用传声器阵列采集目标声源发出的声信号,通过时延估计和定位算法解算出目标声源的三维坐标。本文将小孔径基阵与无线传感网络技术相结合,提出一种基于无线传感网络的炸点声定位系统。该系统在测试区域内布设多个小孔径传声器基阵,各基阵相互组织为无线传感网络,对目标的定位分两步进行:首先单个基阵采集目标爆炸声信号,估算出时延信息,利用时延信息计算出目标炸点相对于基阵局部坐标系的方位角和俯仰角;然后根据多个基阵估计出的角度信息,结合自身的位置信息,通过交汇的方法确定出目标的位置。该系统中单个基阵既独立又统一:独立性是指每个基阵单独计算自身与目标的角度信息,而不需要与其他基阵在时间上同步;统一性是指每个基阵与其他基阵相互组织为传感网络,对目标联合定位。该系统具有实时性强、通讯复杂度低、数据传输量小等的优点。针对本文采用的小孔径立体五元阵,阐述了基于到达时间差TDOA的定向算法,通过对比几种时延估计算法选取了适合本课题爆炸声信号的时延估计算法,并针对在试验中当炸点靠近基阵时,由于爆炸声压级过大而产生一种因信号超出传感器最大量程而被削去顶部的波形失真信号,提出一种基于多项式拟合的时延估计方法,对算法的有效性做了实验验证。列出了影响定向性能的因素,详细分析了影响方位角误差因素和俯仰角误差因素,并利用MATLAB进行了仿真。研究了利用多个基阵定向结果对目标进行交汇定位的问题,采用最小二乘法对目标进行坐标计算,仿真结果表明在基阵冗余的情况下能提高定位精度。对于本文提出的炸点声定位系统,给出系统总体工作原理,详细阐述了系统的软硬件设计,按功能将系统各组成部分分为声信号采集模块、信息处理模块、无线通讯模块及测控终端,介绍了各部分功能及设计思路。最后,将以上研究成果应用到本文所构建的炸点声定位系统中,通过户外试验验证了整个系统的可行性。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ306

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本文编号：2735014