基于声学法的弹着点定位系统中若干关键技术研究

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在军事训练中,射击结果的测量是否及时和准确是影响训练效果的关键因素.因为只有把射击结果及时准确地传递给指挥员和射击员,才能根据本次射击的偏差调整下一次射击,以达到提高射击水平的目的.目前我军靶场对弹着点多采用人工测量的方法,测量的精度低、安全性和实时性差,因此迫切需要新的定位方法来提高军事训练的效率. 声波是炸弹爆炸的产物之一,它易于检测,且不受视线等条件的影响,声波在空气介质中的传播可预测性强,相关理论成熟.因此,基于声学法的定位方法便得到广泛应用.将声音信号转换为数字信号并用数字信号处理技术进行分析处理,去掉信号中的噪声,提取有用的信息,建立合理的数学模型,设计合适的算法来进行定位,这一方案具有较高的精确性与较强的稳定性和可扩展性. 论文对基于声学法的弹着点定位系统的各个组成部分做了详细的论述.首先介绍了目前弹着点定位基本采用目视测量和工具测量的现状,分析了这些人工检测方法存在的时效性差、安全性差以及不能真实、准确地反应我军实际训练水平的弊端,指出传统的检测方法已远远不能满足现代化科技练兵的实际需要.接着介绍了声发射的基础理论、特点和常用声发射信号的处理方法,并对声发射源定位技术进行了概要描述.论文提出了一种基于声学法的弹着点定位系统总体技术方案,并对方案的整体结构、前置处理、环境补偿、无线通信、信号处理、计算评估等部分进行了详细的描述.采用波谱分析方法对采集的声信号进行了分析处理,以提取声信号传到不同传感器的时间,介绍了其工作方式、信息文件格式和信号处理方法,并给出了信号处理的结果.介绍了点阵定位的工作原理,并分析了风速、温度、平面波假设等产生的误差影响.基于点阵定位的思想,指出实际应用中树立立靶的困难,介绍了地面布阵的声学精度靶的优势和可行性.对平面炸点定位的相关问题进行了比较详细的阐述,从风速、温度和平面波假设三个方面对声波至传声器的实际时间差进行了修正.设计了弹着点定位数学模型,并对简化模型进行了改进和完善,对模型进行了声速、时钟的修正和坐标系的转换,同时提供了实地弹着点检测的测试结果数据.考虑到实际应用的复杂情况,对模型进行了单阵到复阵的扩展,考虑多发炮弹的相互影响、邻区弹位的影响和传感器可能被炸等情况,并对扩展模型作了应用举例. 小波分析作为一种全新的信号处理方法,它将信号中各种不同的频率成分分解到互不重叠的频带上,为信号滤波、信噪分离和特征提取提供了有效途径.因此本文在认真研究了小波分析方法的基础上,归纳出了基于小波变换的模极大去噪、尺度间相关性去噪和阈值去噪方法,并对几种算法进行了比较.特别是对阈值去噪,提出了一种改进的阈值去噪方法,该方法对一大类噪声信号有效,特别在保护信号边缘的同时去除脉冲噪声方面表现出很好的特性.将该方法用于炸弹爆炸声信号去噪,并进行仿真实验和结果分析,取得了很好的消噪效果.基于小波阈值方法,论文还提出了一种小波包基搜索算法,以增强对小波理论的研究和应用. 论文最后从不同定位方法比较、声发射技术、声学法弹着点定位系统技术方案、声信号处理、点阵定位、小波理论研究及应用等方面总结了所做的主要工作,对今后的研究从计算模型、传感器布置、环境补偿、小波信号去噪、测试条件等方面提出了一些建议和展望.
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