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基于无线传感器网络的声定位技术研究

吴莎  
【摘要】:在靶场测试中由于落炸点的测试区域较过去有明显增加趋势,且传统的落炸点检测有线设备存在传输导线过多过长等问题。在落炸点不确定时,容易损坏传输导线,造成传输中重要数据遗失而难于对弹丸落炸点进行目标定位。论文以无线传感器网络为基础,综合了声传感器、无线通信、信号处理、控制等多种技术,对较大区域的落炸点进行信息的实时采集与传输。 论文在无线声传感器网络基础上设计了目标声源探测及定位方案,将无线传感器网络和声学定位技术相结合以实现复杂环境下的信息捕获,提高信息获取的能力。论文分析了低空声传播的特性、声定位技术,并对声定位的时延估计算法和几何阵列分别进行研究。在时延估计算法基础上,运用了基于短基线的二维声定位算法,并对其原理进行了描述,对算法的定位精度进行了误差分析,对定位精度与阵元间距、目标方位角等因素之间的关系进行了仿真计算。为了测量目标的空间位置在短基线的原理上给出了三维空间定位算法公式,并对其定位算法进行了推理分析。论文以无线传输处理芯片RF24L01为核心,设计了声信息感知和信号收发传输的硬软件模块,结合时延估计算法和几何阵列算法构建了相应的处理系统,从而实现了基于无线网络的被动声定位系统。 在外场环境下对无线网络传输及声传感器定位进行了测试试验,试验结果表明,论文所建立的几何模型和定位算法是正确的,无线网络传输是可行的。并且这种基于短基线的五元阵列在几何阵列法模型上解决了以往数学模型中三个探测单元体必须构成直角的局限和四元十字阵声定位算法中定位精度受目标方位角影响的问题,提高了炸点的定位精度。这一研究成果为靶场大范围无线传感网络的声定位技术的应用打下了基础,具有明显的实际意义。


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