[發明專利]一種基于聲震信號聯合的單測點定位方法

在審

• 申請號: 202211714718.8
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116224433A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 梁旭斌;王同東;肖衛國;楊軍;張敏;李進;祝捷
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01S5/22
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明涉及目標位置測量領域的定位方法，具體涉及一種基于聲震信號聯合的單測點定位方法。解決了傳統分布式聲學定位系統存在測點布設復雜度大、范圍廣、周期長、時間和經濟成本高、通信及運輸保障困難，導致難以實現測量系統快速部署的技術問題。本發明單測點定位方法包括以下步驟：1)采集信號；2)信號處理；2.1)通過聲波信號得到目標位置相對于測點的偏北角度θ；2.2)計算測點處的聲波信號和地震P波信號到時差tsubgt;21/subgt;；2.3)分別計算得到目標位置到測點的距離r；2.4)通過θ、r和測點在大地坐標系下的位置，估算出目標的位置參數。本發明僅需單個聲陣列與一個地震傳感器即可實現對近地表爆炸點或撞地點目標位置的定位。

技術領域

本發明涉及目標位置測量領域的定位方法，具體涉及一種基于聲震信號聯合的單測點定位方法。

背景技術

在目標位置測量領域，被動式非接觸測量因不影響被測目標、隱蔽性好，是常用的目標定位方式。聲學測量系統是被動式非接觸測量的一種，其具有低成本、全天候、不受煙霧干擾、測量范圍大等特點，常用于大區域目標位置測量。聲學測量系統一般采用三角定位法，利用目標聲波信號到達多個測點的時間差，屬于分布式測量系統，需要多個測點方可定位。

然而，在野外大區域的目標位置測量中，采用傳統的分布式聲學定位系統需布設多個測點，測點布設存在復雜度大、范圍廣、周期長、時間和經濟成本高、通信及運輸保障困難等不利因素，較難實現測量系統的快速部署。

發明內容

本發明的目的是解決傳統的分布式聲學定位系統測點布設存在復雜度大、范圍廣、周期長、時間和經濟成本高、通信及運輸保障困難，導致難以實現測量系統快速部署的技術問題，而提供一種基于聲震信號聯合的單測點定位方法。

本發明的構思是：物體發生爆炸或高速撞擊地面時，會在空氣中產生聲波，耦合到地面會形成在地介質中傳播的地震波(P波)。使用聲陣列接收聲波，獲取目標方向和聲波到時；使用地震傳感器接收地震波，獲取地震P波到時，再融合目標方向、聲震信號到時差等信息，估算物體爆炸點或撞地點位置?；谝陨蠘嬎?，本發明提出一種基于聲震信號聯合的單測點定位方法，首先通過聲陣列采集四路聲波信號，選擇時延估計窗口，通過互相關時延估計法對信號進行時延估計，結合聲陣列空間位置使用最小二乘法計算得到目標方向，對四路聲波信號到時求平均得到聲波信號平均到時；其次，用地震傳感器拾取目標激發的地震波，獲取地震P波信號到時；最后融合地震P波與聲波的到時差以及目標方向得到目標位置。

本發明的技術解決方案是：

一種基于聲震信號聯合的單測點定位方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)采集信號

1.1)根據預定爆炸點或撞擊點目標位置，將平面四元十字形的聲陣列和地震傳感器從高到低依次安裝在同一個測點處，保證聲陣列與地面平行且所得波形易分離；

1.2)使用信號采集儀采集聲陣列四路傳聲器的四路聲波信號和地震傳感器的地震P波信號，并記錄四路聲波信號的波達時刻t_i和地震P波信號的波達時刻t_z；

2)信號處理

2.1)通過四路聲波信號得到目標位置相對于測點的偏北角度θ為θ＝θ₀-θ_L+π；

θ₀為聲陣列基準的偏北方向，即聲陣列平面直角坐標系下X軸與正北方向的夾角；θ_L為波達方向，是聲陣列平面直角坐標系下波達方向與X軸的夾角；

2.2)通過公式計算四路聲波信號的平均波達時刻通過以下公式計算測點處的聲波信號和地震P波信號到時差Δt₂₁為：

2.3)根據以下公式計算目標位置到測點的距離r：