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低功耗小型声源定位技术研究

宋超  
【摘要】: 随着现代武器技术的发展,狙击步枪子弹的速度和射击的精度越来越高,狙击手在城市作战中的作用日益增加。通过对伊拉克战争的研究表明,在城市作战中,狙击手已成为单兵最严重的威胁之一。在狙击步枪激发后,除了枪口的爆轰波外,超音速飞行的子弹还会产生马赫波,由于马赫波的传播方向与弹道呈一个角度,使得被射击的士兵很难准确判断狙击手位置。因此准确、及时、快速地发现狙击手,对反狙击技术提出了迫切的要求。 通过声源定位来探测狙击手的位置是一种有效的方法。现有的声源定位技术一般采用车载的形式,其目标大,使用不灵活。本文根据超音速子弹产生的声波信号特征,研究一种小型便于随身携带的声源定位技术。 马赫波和爆轰波是狙击步枪激发后产生的两个主要的声波信号,本文对这两种声波信号的特征进行了分析,并针对信号的特征选择了用于声源定位的麦克风阵型,设计了二维空间的声源定位算法。 声源定位的硬件设计与定位算法紧密相关,本文在对比了相位差和声达时间差进行声源定位的方案后,选择了利用声达时间差来进行定位的方法。按照低功耗的需求,选择了低功耗的器件。设计了信号保持、“N”型波检测控制和定时器接口等电路。 硬件电路的控制和算法的实现是由软件部分来完成的,软件的设计兼顾了速度和降低功耗两方面的要求。软件采用分层和模块化的方式来设计,分为定位模块、交互模块和系统模块。定位模块实现了信号的采集和声源定位数据的处理;交互模块实现了与其它外部设备的通信;系统模块实现了任务的调度、外部设备的驱动和定位模块所需要的控制。在算法的实现过程中使用了超长整数运算来满足实际检测时间的需求,使用了查表的方法来提高三角函数的运算速度。 本文在最后列出了定位的仿真结果和在实验室对声源进行的初步测试结果。


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