[發(fā)明專利]一種基于聲定位的平面五元十字陣陣形估計和特定陣形布設方法

在審

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• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105044724A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 張文;曾新吾;龔昌超;趙云;田章福;王一博;陳佳寧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華;張小雪

技術領域

本發(fā)明主要涉及聲探測技術領域，特指基于聲定位的平面五元十字陣陣形快速估計和特定陣形精確布設方法。

背景技術

聲探測技術能夠定向和定位聲源，在涉及聲源定向和定位場合中有重要的應用。由傳聲器組成的探測陣列(簡稱聲陣列)是聲探測技術的第一環(huán)節(jié)，聲陣列的各個傳聲器首先接收聲信號，然后轉化成電信號，再送入信號處理系統(tǒng)進行后續(xù)解算。聲陣列陣形的布設是關鍵的第一步，直接影響聲定向和定位性能的精度。

常見的聲陣列有三種：線陣、面陣、立體陣。本發(fā)明涉及的聲陣列為平面五元十字陣，可應用于直升機、巡航導彈、隱形飛機等低空慢速小目標的長距離探測。目前，常見的平面五元十字陣陣形布設方法主要依賴于加工接近特定標準的平面五元十字陣架。這種方法需要事先設計和加工陣列，且對于大的陣列，對搬運和安裝都提高了要求。

以上提到的平面五元十字陣陣形估計和特定陣形布設均存在不同程度的問題：對于已經(jīng)加工好的陣列架，對搬運和安裝都提高了要求，且由于存在加工誤差和安裝誤差，實際實驗中使用的平面五元十字陣將會與設計的特定陣形有較大誤差。而且，反復多次裝卸后誤差更大，不利于野外實驗使用。同時，這種方法在使用時，安裝固定完畢后并沒有附加陣形估計方法，對誤差也沒有辦法消除。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對目前平面五元十字陣陣形估計和特定陣形布設方法中的問題，提供一種操作簡單、陣形可控、數(shù)據(jù)測量和計算方便、適合在野外進行的基于聲定位的平面五元十字陣陣形估計和特定陣形布設方法，解決普通常用陣列布設方法不可控、可靠性差、反復裝卸誤差大、不適合野外進行等問題。

一種基于聲定位的平面五元十字陣陣形估計方法，所述平面五元十字陣由五個傳聲器和五個三腳架組成，傳聲器為聲壓傳聲器，頻率范圍為10～50kHz，三腳架可在0.8～2.5m范圍內(nèi)調節(jié)高度，且三腳架的頂部帶有夾子，夾子能調節(jié)方向和俯仰角，用來夾緊傳聲器并固定傳聲器的位置；五個傳聲器設置在一個平面上但位置分布不規(guī)則且未知，通過采用以下步驟對平面五元十字陣陣形進行估計：

第一步，把坐標原點選取在五元十字陣的中間傳聲器所在的位置，那么其它四個傳聲器的位置未知，有8個未知數(shù)(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)；

第二步，一般來說，對于每一個聲源，n元傳聲器組成的聲陣列可采集n組數(shù)據(jù)，并解算出n-1個獨立的時延數(shù)據(jù)。那么，對于每一個放置于與平面五元十字陣同一平面任意位置的聲源，五元十字陣則能解算出4個獨立的時延數(shù)據(jù)。首先，在第一個聲源位置放置一個聲源S₁，其坐標(x₅,y₅)未知，但可獲得4個時延數(shù)據(jù)τ(1,i),i＝1,2,3,4，即每放置一個聲源，將獲得2個未知量和4個已知量。

第三步，然后在第二個聲源位置S₂放置一個聲源，同樣可獲得4個時延數(shù)據(jù)τ(2,i),i＝1,2,3,4，以及2個關于聲源位置的未知量(x₆,y₆)。

第四步，繼續(xù)這么做，在第N個聲源位置S_N放置一個聲源，同樣可獲得4個時延數(shù)據(jù)τ(N,i),i＝1,2,3,4，以及2個關于聲源位置的未知量(x_N+4,y_N+4)。要想結算出位置參數(shù)以實現(xiàn)對傳聲器陣形的估計，要求已知量個數(shù)大于或等于未知數(shù)個數(shù)，即要求4N≥2(4+N)，即N≥4，至少要在4個點上放置聲源并記錄數(shù)據(jù)。

第五步，根據(jù)聲程差與時延的幾何關系，可列出4N元方程組：