基于无线传感网络的地下金属物体的探测与定位技术研究

发布时间：2017-08-27 05:47

  本文关键词：基于无线传感网络的地下金属物体的探测与定位技术研究

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【摘要】：在兵器试验场上,需要对发射后的炮弹回收,以便对实验数据做分析研究,弹丸的回收处理均需要确定弹着点的位置。当前对弹着点的定位尚无有效的方法,因此对弹着点的探测与定位技术的研究就显得非常必要。炮弹在落地瞬间对地面的冲击产生了地震波。在爆炸点周围布置多个传感器节点,接收地震动信号,通过对接收到的震动信号分析处理,可以推断出弹丸的落点位置,从而实现定位。无线传感网络由于其自组织、可快速部署、高容错、隐蔽性等诸多优点在军事、环境、医疗等各个领域都有广泛的应用。本课题通过在定位系统中引入无线网络技术,实现定位数据的无线传输。本文主要研究内容包括以下几点：分析了地震波的传播特性,并深入研究了基于地震波信号的探测与定位技术的原理及方法,基于TDOA定位原理完成了系统总体方案的设计。根据系统总体设计方案,确定了系统的总体硬件架构,完成了以STM32F103为核心处理器的信号采集处理电路的设计和以JN5148无线模块为核心的无线传感网络节点电路的设计。使用Keil uVision4和CodeBlocks软件开发环境完成了相关软件的设计。在上述研究的基础上,组建了弹丸落点定位模拟试验系统,并对地震动信号调理电路、时间同步电路的同步性能进行了测试。确定了地震检波器的有效探测范围,利用人工模拟震动信号,采用单基阵模型和TDOA定位算法获得了落点的位置。
【关键词】：地震波 TDOA定位方法 时延估计 无线传感器网络
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 基于无线传感网络的目标探测与定位系统发展概况9-11
• 1.3 主要内容安排11-12
• 2 探测与定位技术理论基础12-19
• 2.1 地震波信号的特性分析12-15
• 2.1.1 地震波的产生及分类12-14
• 2.1.2 地震波的传播特性14-15
• 2.1.3 弹着点地震波的传播15
• 2.2 基于地震波的定位算法研究15-18
• 2.2.1 初至波的提取15-17
• 2.2.2 基于TDOA的定位原理17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3 系统总体方案设计19-28
• 3.1 系统总体方案设计19-20
• 3.2 时间同步系统方案设计20-22
• 3.2.1 基本时间同步方法20-21
• 3.2.2 GPS授时技术21-22
• 3.2.3 GPS授时模块接口电路设计22
• 3.3 地震波信号调理系统方案设计22-24
• 3.4 信号传输系统方案设计24-26
• 3.4.1 无线传感器网络系统结构24
• 3.4.2 无线传感器网络拓扑结构24-25
• 3.4.3 无线模块硬件接口电路设计25-26
• 3.5 系统软件开发环境介绍26-27
• 3.6 本章小结27-28
• 4 系统硬件电路设计28-44
• 4.1 系统硬件电路总体设计28-29
• 4.2 STM32F103ZET6最小系统电路设计29-32
• 4.2.1 STM32F103ZET6芯片介绍29
• 4.2.2 最小系统电路设计29-32
• 4.3 时间同步电路设计32-34
• 4.3.1 GPS授时模块选择32-33
• 4.3.2 GPS授时电路设计33-34
• 4.4 地震波信号调理电路设计34-40
• 4.4.1 传感器选型34-35
• 4.4.2 信号放大电路设计35-37
• 4.4.3 滤波电路设计37-38
• 4.4.4 A/D转换电路设计38-40
• 4.5 数据传输部分电路设计40-42
• 4.5.1 JN5148模块40
• 4.5.2 JN5148电源电路设计40-41
• 4.5.3 JN5148模块电路设计41-42
• 4.6 本章小结42-44
• 5 震动信号采集系统软件设计44-56
• 5.1 系统软件总体设计44
• 5.2 ZigBee网络的设计与实现44-50
• 5.2.1 无线传感器网络的设计44-45
• 5.2.2 ZigBee星型网络的设计45-47
• 5.2.3 ZigBee无线网络的实现47-50
• 5.3 信号采集系统软件设计50-55
• 5.3.1 信号采集系统主程序设计50-52
• 5.3.2 GPS信息提取程序设计52-53
• 5.3.3 A/D转换程序设计53-54
• 5.3.4 串口通信程序设计54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 6 基于地震波的定位算法实现与模拟实验研究56-66
• 6.1 基于初至波定位算法的实现56-60
• 6.1.1 能量比方法的实现56-57
• 6.1.2 弹着点定位算法的实现57-60
• 6.2 系统同步性能测试60-62
• 6.2.1 时间同步性测试60-61
• 6.2.2 信号采集板的同步性试验61-62
• 6.3 地震动波速的测算62-64
• 6.4 地震检波器有效探测范围测试64-65
• 6.5 本章小结65-66
• 7 系统测试结果及分析66-72
• 7.1 无线模块通信实验及结果分析66-67
• 7.2 定位系统实验及结果分析67-71
• 7.2.1 定位系统试验验证67-70
• 7.2.2 定位系统误差分析70-71
• 7.3 本章小结71-72
• 8 结论与展望72-75
• 8.1 结论72
• 8.2 展望72-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78-79
• 致谢79-81

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 聂伟荣;多传感器探测与控制网络技术——地面运动目标震动信号探测与识别[D];南京理工大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 姜上尉;基于光纤干涉仪的地震检波器研究[D];北京交通大学;2011年

2 徐照胜;地震动传感器的目标检测和识别算法研究[D];安徽大学;2010年

3 黄玲;基于地震波的弹着点位置检测的设计[D];山东大学;2012年

4 杨雷明;信号处理中无源定位的分析与研究[D];西安电子科技大学;2012年

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本文编号：744672