CN107367201A - 一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，包括中心站及若干分站，所述中心站与分站电连接进行数据通讯，所述分站均设有麦克风声源传感器；所述中心站设有计算机进行各分站的声波采集开启；当炸落点事件发生时，程序自动选取靠近落弹区域的麦克风声源传感器；然后调用炸落点声波定位方法，给出计算结果；本发明的优点是，本发明所述的炸落点定位方法选取了分布在落点边界上多个声传感器采集炸落点信号，满足大范围炮弹炸落点定位需求。炸落点定位方法不仅适用于爆炸弹的定位，还适用于非爆弹的定位。炸落点定位方法不仅适用于单个炮弹的定位，还适用于连发炮弹的定位，而且计算快速，自动化程度高，在实际靶场实验中取得了非常满意的效果。

Description

一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法
技术领域
本发明涉及一种定位方法，具体涉及一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法。
背景技术
对炮弹的炸落点定位包括光学和声学两大类。光学方法采用快速拍照或摄像的方式获取炮弹炸落点区域的图像，通过对图像信息的分析和提取获取炸落点位置。声学方法首先采集炮弹炸落点的声学信号，然后从中提取炸落点信息，通常有多传感器方式和传感器阵列方式，通常会构造多个方程联立求解获取炸落点位置。其中光学方法适合于单发的爆炸弹，它无法检测非爆弹；不能识别连发的弹丸；而且检测范围小，通常在500m×500m以内；受空气能见度影响较大，当能见度小于100米时光学方法完全失效。例如，申请公布号为CN 102175149 A，名称为“一种飞行弹丸空间炸点三维坐标光电测量装置及测量方法”的发明专利，该方法为光电测量方法，采用多光幕天幕靶、火焰探测器、信号采集与处理装置、计算机等组成。主要用于测量炮弹近炸引信作用距离的炸点三维坐标。申请公布号为CN101793516 A，名称为“爆炸点位置自动测量装置”的发明专利，该方法为光电测量方法，利用闪光触发器控制数码相机自动拍摄爆炸点图像，采用摄像测量原理由计算机解算获得爆炸点位置。
现有的声学方法不能区分多个炸落点目标，检测范围小，现有方法只能在1000m×1000m以内，在实际应用中存在很多的局限。例如，申请公布号为CN 102215603 A，名称为“一种用于爆炸点定位的声阵传感网系统”的发明专利，该方法为声学方法，采用声阵传感器网获取保障点的方位角信息，然后将各个声阵传感器节点数据融合得到爆炸点位置信息。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种利用多个测量分站和麦克风声源传感器等硬件设备，获取炮弹炸落点的波达时刻和传感器位置信息，构造了空时数据库，并采用迭代寻优算法，实现了一种高精度、大范围、多目标的炮弹炸落点声源定位方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，包括中心站及若干分站，所述中心站与分站电连接进行数据通讯，所述分站均设有麦克风声源传感器；
所述中心站设有计算机进行各分站的声波采集开启；当炸落点事件发生时，程序自动选取靠近落弹区域的麦克风声源传感器；然后调用炸落点声波定位方法，给出计算结果；
所述定位方法如下：
1)输入初始参量：传感器坐标，靶场的边界，搜索步长和阈值；
2)根据靶场边界和搜索步长生成空间位置数组；
3)获取波达时刻和传感器位置：对空间位置数组中的每一个点，相对传感器坐标计算波达时刻，生成时差数组；
4)生成空时数据库：将空间位置数组和时差数组联合构造空时数据库；
5)对于各分站采集的声波信号进行预处理，提取炸落点时刻；
6)迭代寻优算法：对每个分站的所接收的爆炸时刻进行排列组合，然后进行迭代寻优，其具体过程如下：
a)获取某次排列组合中各分站所接收的爆炸时刻；
b)对该爆炸时刻减去其最小值；
c)将减去最小值的爆炸时刻再与时差数据库中的时间信息相减，取范数，得到不一致性系数；
d)将不一致性系数中的最小值取出，并与阈值比较，小于阈值的不一致性系数所对应的空间坐标、时差数据，和不一致性系数值存入中间结果，然后将计数值加1；
e)遍历所有的排列组合，获得一系列中间结果；
f)对中间结果依据不一致性系数值的大小进行排序；
g)取排序后的中间结果进行迭代寻优；
7)输出最终结果并绘图。
进一步的，所述数据通讯包括数据的传递和指令的发送与回复。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分站及麦克风声源传感器各为三组。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的炸落点定位方法选取了分布在落点边界上多个声源传感器采集炸落点信号，满足大范围炮弹炸落点定位需求。炸落点定位方法不仅适用于爆炸弹的定位，还适用于非爆弹的定位。炸落点定位方法不仅适用于单个炮弹的定位，还适用于连发炮弹的定位，构造了空时数据库，并采用迭代寻优算法，实现了一种大范围(3000m×3000m以内)多目标炮弹炸落点高精度定位，对连发炸落点目标进行精确定位，满足连发弹丸的测试要求；而且计算快速，自动化程度高，在实际靶场实验中取得了非常满意的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的定位方法硬件组成示意图；
图2为本发明的定位方法流程图；
图3为本发明实施例所提供的测量结果示意图。
具体实施方式
如图1-2所示的一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，包括中心站1及若干分站2，所述中心站1与分站2电连接进行数据通讯，所述分站2均设有麦克风声源传感器3；
所述中心站1设有计算机进行各分站2的声波采集开启；当炸落点事件发生时，程序自动选取靠近落弹区域的麦克风声源传感器3；然后调用炸落点声波定位方法，给出计算结果；
所述定位方法如下：
1)输入初始参量：传感器坐标，靶场的边界，搜索步长和阈值；
2)根据靶场边界和搜索步长生成空间位置数组；
3)获取波达时刻和传感器位置：对空间位置数组中的每一个点，相对传感器坐标计算波达时刻，生成时差数组；
4)生成空时数据库：将空间位置数组和时差数组联合构造空时数据库；
5)对于各分站采集的声波信号进行预处理，提取炸落点时刻；
6)迭代寻优算法：对每个分站的所接收的爆炸时刻进行排列组合，然后进行迭代寻优，其具体过程如下：
a)获取某次排列组合中各分站所接收的爆炸时刻；
b)对该爆炸时刻减去其最小值；
c)将减去最小值的爆炸时刻再与时差数据库中的时间信息相减，取范数，得到不一致性系数；
d)将不一致性系数中的最小值取出，并与阈值比较，小于阈值的不一致性系数所对应的空间坐标、时差数据，和不一致性系数值存入中间结果，然后将计数值加1；
e)遍历所有的排列组合，获得一系列中间结果；
f)对中间结果依据不一致性系数值的大小进行排序；
g)取排序后的中间结果进行迭代寻优；
7)输出最终结果并绘图。
进一步的，所述数据通讯包括数据的传递和指令的发送与回复。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分站2及麦克风声源传感器3各为三组。
实施例：
当麦克风声源传感器3和分站2架设好后，中心站1向分站2发送指令开启声波信号的采集；当炸落点事件发生时，中心站1计算机调用程序自动计算炸落点位置并给出计算结果。
定位方法包括以下步骤：
1)输入初始参量：传感器坐标(0，0)(0，2000)(2200，1000)，靶场的边界(2500，2000)，搜索步长(2)和阈值(0.3)；
2)根据靶场边界和搜索步长生成空间位置数组；
3)获取波达时刻和传感器位置：对空间位置数组中的每一个点，相对传感器坐标计算波达时刻，生成时差数组；
4)生成空时数据库：将空间位置数组和时差数组联合构造空时数据库；
5)对于各分站采集的声波信号进行预处理，提取炸落点时刻；
6)迭代寻优算法：对每个分站的所接收的爆炸时刻进行排列组合，然后进行迭代寻优，其具体过程如下：
a)获取某次排列组合中各分站所接收的爆炸时刻；
b)对该爆炸时刻减去其最小值；
c)将减去最小值的爆炸时刻再与时差数据库中的时间信息相减，取范数，得到不一致性系数；
d)将不一致性系数中的最小值取出，并与阈值比较，小于阈值的不一致性系数所对应的空间坐标、时差数据，和不一致性系数值存入中间结果，然后将计数值加1；
e)遍历所有的排列组合，获得一系列中间结果；
f)对中间结果依据不一致性系数值的大小进行排序；
g)取排序后的中间结果进行迭代寻优；
7)输出最终结果并绘图。
如图3，三角符号表示分站2的位置，圆形符号表示计算得到的炸点位置，十字符号表示真实的炸点位置。从图中可以看到，计算炸点与真实炸点重合得很好。
本发明所述的炸落点定位方法选取了分布在落点边界上多个声传感器采集炸落点信号，满足大范围炮弹炸落点定位需求。炸落点定位方法不仅适用于爆炸弹的定位，还适用于非爆弹的定位。炸落点定位方法不仅适用于单个炮弹的定位，还适用于连发炮弹的定位，构造了空时数据库，并采用迭代寻优算法，实现了一种大范围(3000m×3000m以内)多目标炮弹炸落点高精度定位，对连发炸落点目标进行精确定位，满足连发弹丸的测试要求；而且计算快速，自动化程度高，在实际靶场实验中取得了非常满意的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，其特征在于，包括中心站(1)及若干分站(2)，所述中心站(1)与分站(2)电连接进行数据通讯，所述分站(2)均设有麦克风声源传感器(3)；
所述中心站(1)设有计算机进行各分站(2)的声波采集开启；当炸落点事件发生时，程序自动选取靠近落弹区域的麦克风声源传感器(3)；然后调用炸落点声波定位方法，给出计算结果；
所述定位方法如下：
1)输入初始参量：传感器坐标，靶场的边界，搜索步长和阈值；
2)根据靶场边界和搜索步长生成空间位置数组；
3)获取波达时刻和传感器位置：对空间位置数组中的每一个点，相对传感器坐标计算波达时刻，生成时差数组；
4)生成空时数据库：将空间位置数组和时差数组联合构造空时数据库；
5)对于各分站采集的声波信号进行预处理，提取炸落点时刻；
6)迭代寻优算法：对每个分站所接收的爆炸时刻进行排列组合，然后进行迭代寻优，其具体过程如下：
a)获取某次排列组合中各分站所接收的爆炸时刻；
b)对该爆炸时刻减去其最小值；
c)将减去最小值的爆炸时刻再与时差数据库中的时间信息相减，取范数，得到不一致性系数；
d)将不一致性系数中的最小值取出，并与阈值比较，小于阈值的不一致性系数所对应的空间坐标、时差数据，和不一致性系数值存入中间结果，然后将计数值加1；
e)遍历所有的排列组合，获得一系列中间结果；
f)对中间结果依据不一致性系数值的大小进行排序；
g)取排序后的中间结果进行迭代寻优；
7)输出最终结果并绘图。
2.根据权利要求1所述的一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，其特征在于，数据通讯包括数据的传递和指令的发送与回复。
3.根据权利要求1所述的一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，其特征在于，其适用于爆炸弹和非爆弹的炸落点定位检测。
4.根据权利要求1所述的一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，其特征在于，其定位对象为单发炮弹或连发炮弹。
5.根据权利要求1所述的一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，其特征在于，其定位范围为3000m×3000m以内。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种大范围多目标炮弹炸落点声源定位方法，其特征在于，所述分站(2)及麦克风声源传感器(3)均为三组。
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Denomination of invention: A sound source location method for large-scale multi-target projectile impact point

Effective date of registration: 20211102

Granted publication date: 20190528

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN REALINK INDUSTRIAL INTELLIGENT TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2021990001044