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

1、在火炮武器系統(tǒng)測(cè)試定型過程中，進(jìn)行實(shí)彈打靶試驗(yàn)，測(cè)量彈著點(diǎn)或脫靶量，以便評(píng)估其攻擊效果和命中精度，炮彈落炸點(diǎn)的三維坐標(biāo)測(cè)量是該武器性能評(píng)估的重要手段之一。
　　基于被動(dòng)聲探測(cè)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(hào)，通過時(shí)延估計(jì)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(diǎn)聲定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)在測(cè)試區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個(gè)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(duì)目標(biāo)的定位分兩步進(jìn)行：首先單個(gè)基陣采集目標(biāo)爆炸聲信號(hào)，估算出時(shí)延信息，利用時(shí)延信息計(jì)算出目標(biāo)炸點(diǎn)相對(duì)于基陣局部坐標(biāo)系的方位角和俯仰角；然后根據(jù)多個(gè)基陣估計(jì)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(gè)基陣既獨(dú)立又統(tǒng)一：獨(dú)立性是指每個(gè)基陣單獨(dú)計(jì)算自身與目標(biāo)的角度信息，而不需要與其他基陣在時(shí)間上同步；統(tǒng)一性是指每個(gè)基陣與其他基陣相互組織為傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)目標(biāo)聯(lián)合定位。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、

3、通訊復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)傳輸量小等的優(yōu)點(diǎn)。
　　針對(duì)本文采用的小孔徑立體五元陣，闡述了基于到達(dá)時(shí)間差TDOA的定向算法，通過對(duì)比幾種時(shí)延估計(jì)算法選取了適合本課題爆炸聲信號(hào)的時(shí)延估計(jì)算法，并針對(duì)在試驗(yàn)中當(dāng)炸點(diǎn)靠近基陣時(shí)，由于爆炸聲壓級(jí)過大而產(chǎn)生一種因信號(hào)超出傳感器最大量程而被削去頂部的波形失真信號(hào)，提出一種基于多項(xiàng)式擬合的時(shí)延估計(jì)方法，對(duì)算法的有效性做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gè)基陣定向結(jié)果對(duì)目標(biāo)進(jìn)行交匯定位的問題，采用最小二乘法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)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(duì)于本文提出的炸點(diǎn)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(jì)，按功能將系統(tǒng)各組成部分分為聲信號(hào)采集模塊、信息處理模塊、無線通訊模塊及測(cè)控終端，介紹了各部分功能及設(shè)計(jì)思路。最后，將以上研究成果應(yīng)用到本文所構(gòu)建的炸點(diǎn)聲定位系統(tǒng)中，通過戶外試驗(yàn)驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)