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三维炸点的声定位技术研究

陈绍钦  
【摘要】:空中近地炸点定位是近几年的一个热点研究课题。在某武器系统中,弹丸在目标上方的爆炸位置,是衡量该武器性能优劣的一个重要指标。由于靶场环境复杂,以及弹丸空间炸点的多样性,致使炸点的空间位置难以精确获取。目前比较先进的方法是采用大视场的电视经纬仪来测量弹丸炸点。但该系统庞大,价格昂贵,使其无法得到推广。因此有必要研究一种经济、实用的探测系统。 随着各种定位系统应用的日趋广泛,被动声探测系统的研究也受到越来越多的关注。本文针对四元十字阵被动声定位算法存在定位精度受目标方位角影响的问题,提出基于多基阵的网络五元十字阵算法。研究了该算法阵列阵元间的几何关系以及定位原理,讨论了阵元间距、目标方位角及俯仰角等因素对定位精度的影响,并进行了仿真。 论文首先对低空声场的声波传播特性进行了分析,讨论了在近地层中影响声传播速度的几个因素,并对爆炸波的特性作了简要介绍。研究了被动声定位系统中的两个关键技术:时延估计算法和几何阵列的选择。在时延估计算法上,通过对常见的几种时延估计算法的分析比较,系统选用广义互相关法。在定位系统的几何阵列的问题上,对四元十字阵和网络五元十字阵的定位方程的推导进行了详细论述,对两种阵列的定位误差进行了误差分析与仿真,仿真结果表明五元十字阵的定位精度优于四元十字阵。根据网络五元十字阵算法的定位要求,搭建了以AT89S52单片机为平台的硬件系统,并从硬件组成角度把定位系统分为三个功能模块:声信号采集模块、单片机计时模块、无线通信模块进行阐述。最后对声定位系统分别进行了室内和室外的测试实验。 仿真结果及实验表明,论文提出的定位模型和定位算法提高了炸点的测距与测向精度,改善了目标方位角对弹丸炸点的定位精度的影响。


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