基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的炸點聲定位技術(shù)研究.pdf

1、在火炮武器系統(tǒng)測試定型過程中，進(jìn)行實彈打靶試驗，測量彈著點或脫靶量，以便評估其攻擊效果和命中精度，炮彈落炸點的三維坐標(biāo)測量是該武器性能評估的重要手段之一。
　　基于被動聲探測的目標(biāo)定位技術(shù)一直受到廣泛關(guān)注，該技術(shù)采用傳聲器陣列采集目標(biāo)聲源發(fā)出的聲信號，通過時延估計和定位算法解算出目標(biāo)聲源的三維坐標(biāo)。本文將小孔徑基陣與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，提出一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的炸點聲定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)在測試區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個小孔徑傳聲器基陣，各基陣

2、相互組織為無線傳感網(wǎng)絡(luò)，對目標(biāo)的定位分兩步進(jìn)行：首先單個基陣采集目標(biāo)爆炸聲信號，估算出時延信息，利用時延信息計算出目標(biāo)炸點相對于基陣局部坐標(biāo)系的方位角和俯仰角；然后根據(jù)多個基陣估計出的角度信息，結(jié)合自身的位置信息，通過交匯的方法確定出目標(biāo)的位置。該系統(tǒng)中單個基陣既獨立又統(tǒng)一：獨立性是指每個基陣單獨計算自身與目標(biāo)的角度信息，而不需要與其他基陣在時間上同步；統(tǒng)一性是指每個基陣與其他基陣相互組織為傳感網(wǎng)絡(luò)，對目標(biāo)聯(lián)合定位。該系統(tǒng)具有實時性強、

3、通訊復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)傳輸量小等的優(yōu)點。
　　針對本文采用的小孔徑立體五元陣，闡述了基于到達(dá)時間差TDOA的定向算法，通過對比幾種時延估計算法選取了適合本課題爆炸聲信號的時延估計算法，并針對在試驗中當(dāng)炸點靠近基陣時，由于爆炸聲壓級過大而產(chǎn)生一種因信號超出傳感器最大量程而被削去頂部的波形失真信號，提出一種基于多項式擬合的時延估計方法，對算法的有效性做了實驗驗證。列出了影響定向性能的因素，詳細(xì)分析了影響方位角誤差因素和俯仰角誤差因素，并利

4、用MATLAB進(jìn)行了仿真。研究了利用多個基陣定向結(jié)果對目標(biāo)進(jìn)行交匯定位的問題，采用最小二乘法對目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)計算，仿真結(jié)果表明在基陣冗余的情況下能提高定位精度。
　　對于本文提出的炸點聲定位系統(tǒng)，給出系統(tǒng)總體工作原理，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，按功能將系統(tǒng)各組成部分分為聲信號采集模塊、信息處理模塊、無線通訊模塊及測控終端，介紹了各部分功能及設(shè)計思路。最后，將以上研究成果應(yīng)用到本文所構(gòu)建的炸點聲定位系統(tǒng)中，通過戶外試驗驗證了整個系統(tǒng)