声定位系统中的发射与接收技术研究

发布时间：2020-06-30 22:54

【摘要】：在靶场等兵器试验场地进行弹药当量测试、炸点定位或者毁伤效果评估测试时,经常需要布设大量传感器采集相关信号,包括冲击波压力传感器、破片测速探头等。而传感器位置的准确测量对于分析试验数据有着重要作用。对于数目众多的传感器,采用卷尺或者其他测距仪器轮流测量位置坐标,显然不利于工作效率的提高。尤其是当待定位的目标处于漂浮、飘动条件下时,这种方法显然不能够满足实时位置测量的要求。针对这一问题,本文提出了一种声学定位解决方案,并重点研究了系统中的声发射与接收技术。论文采用的时延估计法是目前声定位技术中普遍采用的一种方法,其基本原理是通过传声器接收基站阵列发出的声信号,由于不同位置基站发出的声波到达传声器所经过的路径不同,传声器接收的信号之间存在一定时间差即时延。若能精确测量该时延,再根据特定的算法,即可估计出传声器的空间位置。声定位系统由声发射单元、声接收单元以及上位机组成。本文通过大量实验,在基于离散傅里叶变换的信号识别算法理论基础上,确定了声信号频分编码方式,并利用STC12C5A60S2单片机实现了不同频率组合声信号的编码;根据相关声学理论,结合实际性能测试,完成了发射单元中功率放大器以及声换能器的选型;采用AS13-TTL无线串口模块完成了基站与上位机间的无线通信,编写了上位机显示控制软件,实现了对声发射基站的无线控制,包括远程的声信号编码。此外,针对声定位的特定条件,采用对数放大电路和四阶带通滤波器设计了一种专用声传感器。该声传感器拥有较大的动态范围,声压级较大时能够维持信号不削顶失真,声压级较小时能对信号进行高倍数放大,并且对声信号频段外的噪声有较强的抑制效果,能够满足声定位实际需求。最后,对声发射和声接收单元进行了室外试验,验证了系统的基本功能,满足了设计要求和技术指标。
【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】：TJ06

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本文编号：2735937