一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)發(fā)明涉及聲源定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，低空/超低空空襲正成為局部戰(zhàn)爭(zhēng)的一種常態(tài)模式。其中，低空飛 行目標(biāo)一方面利用技術(shù)手段減小雷達(dá)橫截面積（RCS)，另一方面充分利用地形，貼近地面入 侵，對(duì)現(xiàn)有的探測(cè)預(yù)警手段構(gòu)成了極大的挑戰(zhàn)。
[0003] 現(xiàn)有的雷達(dá)、光電等手段是主要的探測(cè)預(yù)警手段，但這些手段由于受地球曲率和 地形地貌影響，同時(shí)易受天氣及電磁干擾，因此對(duì)低空入侵的目標(biāo)，尤其是對(duì)RCS小的目標(biāo) 探測(cè)能力不強(qiáng)，雷達(dá)和光電探測(cè)手段對(duì)低空/超低空目標(biāo)就有些力有未逮。
[0004] 聲波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，繞射和衍射能力較強(qiáng)，不易受地形影響，因此聲探測(cè)是一種非視距 探測(cè)手段，又加之其具有體積小、隱蔽性好、不受氣候條件、電磁干擾影響、不易受到攻擊， 且費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外軍方的高度重視。但目前見之報(bào)道的研究主要集中在應(yīng)用 于平面十字陣、平面五元陣及平面圓陣等平面陣。
[0005] 但平面陣的距離定位精度和角度測(cè)量精度與聲源目標(biāo)方位角有關(guān)，致使聲源目標(biāo) 在不同方向的時(shí)候，定位誤差較大，出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確的狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)和方法，以提高聲源的定位精度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明提供了一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)，包括：
[0009] N個(gè)定位聲傳感器，所述定位聲傳感器均勻水平分布在以R為半徑、以0點(diǎn)為圓心 的圓周上，其中，N為不小于4的自然數(shù)；
[0010] 1個(gè)參照聲傳感器，所述參照聲傳感器位于〇點(diǎn)正上方，且與〇點(diǎn)的距離為D ; [0011] 數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊分別與定位聲傳感器和參照聲傳感器相連，用 于接收聲源的噪聲數(shù)據(jù)，并對(duì)所述噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得聲源的位置信息。
[0012] 還提供了一種基于上述遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位方法，該方法包括：
[0013] 建立以0點(diǎn)為原點(diǎn)、堅(jiān)直方向?yàn)閦軸的空間坐標(biāo)系；
[0014] 獲取相對(duì)于參照聲傳感器，聲源到第一定位聲傳感器的聲程差c τ i。，聲源到第二 定位聲傳感器的聲程差c τ 2。，…聲源到第i定位聲傳感器的聲程差c τ i()···，聲源到第N定 位聲傳感器的聲程差c τ n。，其中，c為聲速，τ ;。為相對(duì)于參照聲傳感器，聲源到第i定位聲 傳感器的延時(shí)時(shí)間；
[0015] 獲取聲源到0點(diǎn)的距離L :
[0017] 獲取聲源相對(duì)于〇點(diǎn)的方向：
[0018]
[0019] 其中，φ為聲源的方位角，Θ為聲源的俯仰角，供為第i定位聲傳感器的方位角。
[0020] 在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)和方法，利用參照聲傳感器 和均勻水平分布在以R為半徑、以0點(diǎn)為圓心圓周上的N個(gè)定位聲傳感器，以參照聲傳感器 為基準(zhǔn)，根據(jù)聲源到各傳感器的聲程差，計(jì)算獲得聲源相對(duì)于〇點(diǎn)的距離信息和方向信息， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聲源目標(biāo)的定位。利用本發(fā)明提供的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)和方法獲得的定位結(jié)果， 其誤差與聲源目標(biāo)的方位角無關(guān)，定位結(jié)果準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施 例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅 僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本發(fā)明提供的一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)俯視圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明提供的一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)側(cè)視圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明提供的一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明提供的另一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明提供的一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)的傳感器支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖6為本發(fā)明提供的一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)方法所參考的空間坐標(biāo)系。
[0028] 圖中：1、定位聲傳感器，2、參照聲傳感器，3、數(shù)據(jù)處理模塊，31、聲源距離定位單 元，32、聲源方向定位單元，4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，5、用戶終端，11、底座，12、立桿，13、水平桿， 14、橫撐桿，15、斜拉桿，16、卡扣。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030] 實(shí)施例一
[0031] 本實(shí)施例公開了一種遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，該系統(tǒng)包括：
[0032] N個(gè)定位聲傳感器1，所述定位聲傳感器1均勻水平分布在以R為半徑、以0點(diǎn)為 圓心的圓周上，其中，N為不小于4的自然數(shù)；
[0033] 1個(gè)參照聲傳感器2,所述參照聲傳感器位于0點(diǎn)正上方，且與0點(diǎn)的距離為D ;
[0034] 數(shù)據(jù)處理模塊3,所述數(shù)據(jù)處理模塊3分別與定位聲傳感器1和參照聲傳感器2相 連，用于接收聲源的噪聲數(shù)據(jù)，并對(duì)所述噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得聲源的位置信息。
[0035] 為了獲得較高的定位精度，并使定位精度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)造價(jià)之間取得平衡，在 本發(fā)明中，所述定位傳感器1的個(gè)數(shù)N優(yōu)選為10~12,所述半徑R優(yōu)選為為4m~6m，所述 D與半徑R的比值D/R不小于0. 4。
[0036] 在本實(shí)施例中，所述定位傳感器1的個(gè)數(shù)N為12,所述半徑R優(yōu)選為4m，所述D與 半徑R的比值D/R優(yōu)選為0. 4。
[0037] 如圖3所示，所述數(shù)據(jù)處理模塊，包括：
[0038] 聲源距離定位單元31，所述聲源距離定位單元31分別與定位聲傳感器1和參照聲 傳感器2相連，用于根據(jù)所述聲源的噪聲數(shù)據(jù)定位聲源與0點(diǎn)間的距離，生成聲源的距離信 息；
[0039] 聲源方向定位單元32,所述聲源方向定位單元32分別與定位聲傳感器1和參照聲 傳感器2相連，用于根據(jù)所述聲源的噪聲數(shù)據(jù)定位聲源的方向，生成聲源的方向信息。
[0040] 如圖4所示，所述遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)，還包括：
[0041] 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4,所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4與所述數(shù)據(jù)處理模塊3相連，用于接收并存 儲(chǔ)所述聲源的距離信息和方向信息'
[0042] 用戶終端5,所述用戶終端5分別與所述數(shù)據(jù)處理模塊3和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4相連， 用于顯示所述聲源位置信息。
[0043] 如圖5所示，所述遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)還包括傳感器支架，所述傳感器支架用于支 撐固定所述定位傳感器和參照傳感器。
[0044] 其中，該支架包括：
[0045] 底座11、立桿12、水平桿13、橫撐桿14、斜拉桿15和卡扣16。
[0046] 在本實(shí)施例中，選用12個(gè)定位傳感器1和1個(gè)參照聲傳感器2,相應(yīng)的選取1根 立桿12,所述立桿12固定在所述底座11上，所述參照聲傳感器2固定在所述立桿12上； 12根水平桿13,所述水平桿13以立桿12為中心，水平均勻分布，其間隔角度相同，12個(gè)定 位傳感器1相應(yīng)的固定在所述12根水平桿13上；12根橫撐桿14,所述12根橫撐桿14位 于兩個(gè)定位傳感器1之間，與所述水平桿13 -同固定所述12個(gè)定位傳感器1 ;12根斜拉桿 15,所述斜拉桿15的一端固定在所述立桿12的腰部，所述斜拉桿15的另一端固定在所述 水平桿13的腰部，分以12個(gè)卡扣16固定，以使所述支架更加穩(wěn)固。
[0047] 本實(shí)施例提供的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)，利用參照聲傳感器和均勻水平分布在以R為 半徑、以〇點(diǎn)為圓心圓周上的N個(gè)定位聲傳感器，以參照聲傳感器為基準(zhǔn)，再根據(jù)聲源到各 傳感器的聲程差，計(jì)算獲得聲源相對(duì)于〇點(diǎn)的距離信息和方向信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聲源目標(biāo)的 定位。利用本實(shí)施例提供的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)獲得的定位結(jié)果，其誤差與聲源目標(biāo)的方位 角無關(guān)，定位結(jié)果準(zhǔn)確。
[0048] 本發(fā)明可應(yīng)用于低空入侵目標(biāo)警戒、要地防空及重大活動(dòng)的安保工作，也可應(yīng)用 于民用領(lǐng)域的聲源定位。
[0049] 實(shí)施例二
[0050] 本實(shí)施例公開了一種基于上述遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源定位方法，該方法包 括：
[0051] 如圖6所示，建立以0點(diǎn)為原點(diǎn)、堅(jiān)直方向?yàn)閦軸的空間坐標(biāo)系。其中，第一定位 聲傳感器Si位于X軸上，P'為聲源P在水平面上的投影，Θ為聲源的俯仰角，Ψ為聲源的 方位角，的為第i定位聲傳感器的方位角。
[0052] 獲取相對(duì)于參照聲傳感器S。，聲源P到第一定位聲傳感器Si的聲程差c τ i。，聲源P 到第二定位聲傳感器s2的聲程差c τ 2。，…聲源p到第i定位聲傳感器Si的聲程差c τ i?！ぁぁ?， 聲源P到第N定位聲傳感器Sn的聲程差c τ n。，其中，c為聲速，τ ;。為相對(duì)于參照聲傳感器 聲源到第i定位聲傳感器的延時(shí)時(shí)間，若第i定位聲傳感器