基于地震動信號的車輛定位方法研究.pdf

1、無人值守地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)作為地面目標偵察的一項關鍵技術在近些年來得到了飛速發(fā)展，其市場應用需求也越發(fā)廣闊。在軍事領域，這一系統(tǒng)已被裝配到大量部隊中進行軍事偵察、識別和戰(zhàn)場對抗，而在商用領域則被廣泛用作對特殊建筑周邊的入侵防護。然而通過地震動傳感器采集地面運動目標的地震動信號，并實現(xiàn)較為精確的實時定位仍然是一難題。因此，對基于地震動傳感器網(wǎng)絡且適用于車輛運動目標的定位問題進行深入研究十分必要。
　　本文在分析比較了國內(nèi)外現(xiàn)有地面運動目

2、標定位技術的基礎上，總結(jié)出適用于處理地震動信號的目標信號到達時間差（時延）定位方法，分別從時延估計、傳播速度測定和傳感器陣列布局優(yōu)化三個方面研究了定位方法的改進，并以輪式車輛為主要應用對象，通過實驗驗證了改進方法的定位效果，最后探討了針對復雜未知地質(zhì)條件下的時延測向定位方法。
　　論文首先研究了基于地震動信號的目標定位原理，對經(jīng)典的目標定位方法進行了分析比較。針對時延定位中的時延估計問題，通過仿真對比了廣義互相關中各種加權算法以及

3、高階累積量方法的時延估計精度;針對定位計算問題，分別分析了Fang，Taylor以及Chan算法的優(yōu)劣;然后通過實驗驗證了所選算法對地震動信號的適用性。
　　在傳統(tǒng)時延定位方法的基礎上，提出了多項針對地面運動目標的定位算法改進。在時延估計方面，采用了基于經(jīng)驗模態(tài)分解的時延估計方法，并研究了其對車輛地震動信號的應用問題;在信號傳播速度測定方面，探討了基于二次插值的傳播速度估計方法;在傳感器陣列布局優(yōu)化方面，通過比較三角形和直線兩種基

4、本傳感器陣列的定位精度，提出了優(yōu)化的五元十字陣布局，并總結(jié)出改進定位方法的具體計算流程。
　　通過外場實驗驗證了改進定位方法對輪式車輛目標的實際應用效果。根據(jù)輪式車輛地震動信號的時頻特性，以及對地震動傳感器的工作原理和安裝等問題的研究，提出了具體的實驗方案。由對重型貨車和輕型轎車目標定位結(jié)果的分析比較，驗證了改進方法對提高輪式車輛目標定位精度的效果。
　　針對復雜未知地質(zhì)條件下的信號傳播速度不確定性問題，文章最后提出了基于四

5、傳感器方陣的時延測向定位方法。從理論上推導出四傳感器方陣下的目標方位角估計帶邊界及其最大帶寬值，證明了信號傳播速度與目標方位角估計之間的弱相關性;根據(jù)仿真分析結(jié)果探討了信號傳播速度和時延測量誤差對目標方位角估計精度的影響;外場實驗結(jié)果表明，與采用三軸地震動傳感器的方法相比，該方法的定位精度更優(yōu)。
　　論文提出的目標定位改進方法能夠有效提高輪式車輛的定位精度;基于四傳感器方陣的時延測向定位方法能夠?qū)碗s未知地質(zhì)下的地面運動目標實現(xiàn)較