CN207817192U - 一种网络化多层正交阵列微震定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种网络化多层正交阵列微震定位系统，涉及落点测量技术领域，解决了现有设备建设成本高，毁损率高的技术问题，其包括定位计算中心、探测子系统、通信系统和供电系统，所述定位计算中心包括主控设备和视频监控系统；所述探测子系统包括探测阵列主机和网络化节点位置的探测节点，探测节点探测微振动信号，微震信号经过探测阵列主机预处理，并通过通信系统回传到定位计算中心进行弹丸落点定位计算，相较于现有技术采用简单密集布设传感器，本实用新型采用多层十字正交阵列的布放形式布设传感器构成探测节点，大幅降低报靶系统建设成本，同时减小了检测系统设备被弹丸击毁的概率。

Description

一种网络化多层正交阵列微震定位系统

技术领域

本实用新型涉及落点测量技术领域，更具体的是涉及一种网络化多层正交阵列微震定位系统。

背景技术

在多弹种对地攻击实弹射击训练中，确定各类武器射击精度、弹着散布、弹着圆差等数据时，均需要精确定位弹着点位置。传统人工报靶方式是在弹丸落地后爆炸后，采用人工现场观测或望远镜等光学测量方式来判断弹丸落点位置，时效性差、人力消耗大、精度差、效率低，已不能满足信息化时代训练打靶的实际需要；目前，报靶方式已发展为利用单一的光学、雷达、声学和震动或几种手段相融合的自动报靶方式，但针对大面积多目标落点监测，由于落点范围大、监测环境比较复杂、多目标混叠严重等原因，传统和现代手段依然不能保证能测到全天候全天时完整数据，存在报靶数据不准、监测数据丢失等现象。为了适应现代各类武器系统试验、日常训练的要求，迫切需要研制一套便捷实用、可靠性高的弹着点定位测量系统来支撑自动报靶，以提升靶场试验自动化、信息化水平。

微震监测技术是通过布置在区域岩体中的传感器来采集岩体微破裂信号，然后分析圈定岩体损伤区域，为区域岩体稳定性评价提供有效依据。利用微震定位技术对探测节点的位移进行补偿，提高对弹丸落点定位的准确度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种可解决多目标随机落点检测，大幅降低报靶系统建设成本，同时减小了检测系统设备被弹丸击毁概率的网络化多层正交阵列微震定位系统。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种网络化多层正交阵列微震定位系统，包括定位计算中心、探测子系统、通信系统和供电系统，所述定位计算中心包括主控设备和视频监控系统；所述探测子系统包括探测阵列主机和网络化节点位置的探测节点，探测节点探测微振动信号，微震信号经过探测阵列主机预处理，并通过通信系统回传到定位计算中心进行弹丸落点定位计算，探测节点的微震探测阵列可以通过GPS或北斗系统进行同步授时；通信系统用于数据交互通信；供电系统为监测定位网络提供电力保障。

其工作方式在于：采用均匀介质地震波传播模型，并根据TDOA及相关改进型算法进行定位报靶计算；探测阵列主机对探测节点探测到的信号进行采集、预处理并通过通信系统回传到定位计算中心进行弹丸落点定位计算；通信系统支持有线和无线，或两者相结合的方案，有线方案为：铺设光缆连接各个探测节点，并接入靶场场区已有的通信系统，连至定位计算中心；无线方案为：信号通过中心基站和中继基站与放舱指挥车间进行无线通信，放舱指挥车间将处理结果回传至定位计算中心或现场指挥中心。

进一步地，所述探测节点包括声学传感器、气象传感器和两个正交布放的震动传感器，所述声学传感器四个为一组，并在同一水平面上以震动传感器为中心等距均匀布放，且该声学传感器组所在的水平面与震动传感器的所在的水平面之间的纵向距离与其在水平方向的距离一致；声学传感器反应整个靶场内不同时刻的声场分布情况，根据声场的变化情况准确反应出炮弹爆炸点的位置；气象传感器采集靶场的温湿度、风场等环境参数信息，用于声传播修正以及火炮射击的射表计算。

其工作方式在于：两个震动传感器的探针方向正交垂直，多组声学传感器组形成在正交方向单方向探测整列，根据五元十字阵被动声定位、震动传感器采集振动信号，利用微震定位技术对探测节点的位移进行补偿，进而计算出弹丸落点。

进一步地，所述探测子系统的探测阵列主机通过光纤或无线网络与定位计算中心通信，并响应定位计算中心命令包括开始结束采集、同步、休眠唤醒、数据上传等。

进一步地，所述相邻两个探测节点之间距离等于或大于500m；声学传感器与震动传感器之间的布放距离根据算法调整。根据需要覆盖的区域面积决定声学传感器的组数，声学传感器组之间的布放距离根据算法决定，避免简单的密集布设，从而大幅度降低报靶系统建设成本，同时降低检测系统设备被弹丸击毁的概率。

进一步地，所述通信系统包括通信光缆、交换机、光电转换器、通信模块；通信模块为无线通信模块、有线通信模块或两者相结合方案。通信系统支持有线和无线，或两者相结合的方案，有线方案为：铺设光缆连接各个探测节点，并接入靶场场区已有的通信系统，连至定位计算中心；无线方案为：信号通过中心基站和中继基站与放舱指挥车间进行无线通信，放舱指挥车间将处理结果回传至定位计算中心或现场指挥中心。

进一步地，所述供电系统包括城市电源、UPS电源、柴油发电机、蓄电池供电。城市电源为各个探测节点供电，UPS电源、柴油发电机作为后备电源，同时支持每个探测节点配置蓄电池和太阳能板，蓄电池为探测节点的设备供电，太阳能板为蓄电池设备充电。

进一步地，所述视频监控系统包括摄像头、云台、视频控制软件；摄像头分布设置在靶区可实现全区域覆盖观测的位置，且摄像头信号由云台控制回传，用于复核、联动靶场内落弹点的现场视频数据，同时检验定位结果的正确性。

进一步地，所述主控设备用于与用户进行交互，包括数据通信模块、系统显控软件、移动放舱车。主控设备用于与用户进行交互，用户通过主控端实现对整个系统的控制管理、资源调度、信息交换与存储等。系统显控软件和数据管理软件完成探测节点状态、弹着点位置和数据分类识别等信息的显示。系统显控软件主界面实时显示弹着点定位结果，背景采用场区高分辨地图。同时，给出场区内探测节点状态参数，包括数据量、同步信标状态等。出现故障节点，或节点被炸的情况时，系统自动检测上报。

主控软件系统支持将不同的界面结果推送到控制中心的其它节点，实现异地实时监控靶场区域的落点结果。系统主控端输出的信息包括系统各节点工作状态以及上位机运算的核心参数，在应用中既便于实时观察定位结果，又能够在维护时帮助操作人员掌握整个系统的运行状况。

进一步地，所述声学传感器采用高灵敏、抗饱和的型号采用声场信息，声学传感器外部装设防水金属外壳。

进一步地，所述气象传感器包括超声风速仪、空气温湿度计、气压测量模块。

本实用新型的有益效果如下：

1.相较于现有技术采用简单密集布设传感器，本实用新型采用多层十字正交阵列的布放形式布设传感器构成探测节点，大幅降低报靶系统建设成本，同时减小了检测系统设备被弹丸击毁的概率。

2.本实用新型的探测阵列主机通过去除趋势项、平滑处理、频率滤波、小波降噪等方法对提取到的信号进行预处理；利用两个探针方向正交设置的震动传感器探测振动信号，用于进一步排除信号干扰，从而使计算中心提供准确的弹丸落点定位信息。

3.融合声学、气象及信号处理等技术，实现实弹射击命中效果评估，满足演习和训练中炮弹落点检测需求。

4.主控设备包括系统显控软件，视频监控系统覆盖全靶场场区，报靶结果联动视频系统，实时显示炸点视频图像。

附图说明

图1是本实用新型一种网络化多层正交阵列微震定位系统示意图；

附图标记：1—定位计算中心，2—探测子系统，201—探测阵列主机，202—声学传感器，203—气象传感器，204—震动传感器，3—通信系统，301—通信光缆，302—交换机，303—光电转换器，304—通信模块，4—供电系统，401—城市电源，402—UPS电源，403—柴油发电机，404—蓄电池，5—主控设备，501—数据通信模块，502—系统显控软件，503—移动放舱车，6—视频监控系统，601—摄像头，602—云台，603—视频控制软件，7—探测节点。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例

如图1所示，本实用新型提供一种网络化多层正交阵列微震定位系统，包括定位计算中心1、探测子系统2、通信系统3和供电系统4，定位计算中心1包括主控设备5和视频监控系统6；探测子系统2包括探测阵列主机201和网络化节点位置的探测节点7，探测节点7探测微振动信号，微震信号经过探测阵列主机201预处理，并通过通信系统3回传到定位计算中心1进行弹丸落点定位计算，探测节点7的微震探测阵列可以通过GPS或北斗系统进行同步授时；通信系统3用于数据交互通信；供电系统4为监测定位网络提供电力保障。

其工作方式在于：采用均匀介质地震波传播模型，并根据TDOA及相关改进型算法进行定位报靶计算；探测阵列主机201对探测节点7探测到的信号进行采集、预处理并通过通信系统3回传到定位计算中心1进行弹丸落点定位计算；通信系统3支持有线和无线，或两者相结合的方案，有线方案为：铺设光缆连接各个探测节点7，并接入靶场场区已有的通信系统3，连至定位计算中心1；无线方案为：信号通过中心基站和中继基站与放舱指挥车间进行无线通信，放舱指挥车间将处理结果回传至定位计算中心1或现场指挥中心。

进一步地，探测节点7包括声学传感器202、气象传感器203和两个正交布放的震动传感器204，声学传感器202四个为一组，并在同一水平面上以震动传感器204为中心等距均匀布放，且该声学传感器组所在的水平面与震动传感器204的所在的水平面之间的纵向距离与其在水平方向的距离一致；声学传感器202反应整个靶场内不同时刻的声场分布情况，根据声场的变化情况准确反应出炮弹爆炸点的位置；气象传感器203采集靶场的温湿度、风场等环境参数信息，用于声传播修正以及火炮射击的射表计算。

其工作方式在于：两个震动传感器204的探针方向正交垂直，多组声学传感器组形成在正交方向单方向探测整列，根据五元十字阵被动声定位、震动传感器204采集振动信号，利用微震定位技术对探测节点7的位移进行补偿，进而计算出弹丸落点。

进一步地，探测子系统2的探测阵列主机201通过光纤或无线网络与定位计算中心1通信，并响应定位计算中心1命令包括开始结束采集、同步、休眠唤醒、数据上传等。

进一步地，相邻两个探测节点7之间距离等于或大于500m；声学传感器202与震动传感器204之间的布放距离根据算法调整。根据需要覆盖的区域面积决定声学传感器202的组数，声学传感器组之间的布放距离根据算法决定，避免简单的密集布设，从而大幅度降低报靶系统建设成本，同时降低检测系统设备被弹丸击毁的概率。探测节点7通过通信光缆301连接形成大区域网络化的微震定位探测架构，探测节点7设置4组声学传感器组，其与震动传感器204的横向和纵向布放距离依次为0.1m，3m，7m和10m。

进一步地，通信系统3包括通信光缆301、交换机302、光电转换器303、通信模块304；通信模块304为无线通信模块、有线通信模块或两者相结合方案。通信系统3支持有线和无线，或两者相结合的方案，有线方案为：铺设光缆连接各个探测节点7，并接入靶场场区已有的通信系统3，连至定位计算中心1；无线方案为：信号通过中心基站和中继基站与放舱指挥车间进行无线通信，放舱指挥车间将处理结果回传至定位计算中心1或现场指挥中心。

进一步地，供电系统4包括城市电源401、UPS电源402、柴油发电机403、蓄电池404供电。城市电源401为各个探测节点7供电，UPS电源402、柴油发电机403作为后备电源，同时支持每个探测节点7配置蓄电池404和太阳能板，蓄电池404为探测节点7的设备供电，太阳能板为蓄电池404设备充电。

进一步地，视频监控系统6包括摄像头601、云台602、视频控制软件603；摄像头601分布设置在靶区可实现全区域覆盖观测的位置，且摄像头601信号由云台602控制回传，用于复核、联动靶场内落弹点的现场视频数据，同时检验定位结果的正确性。

进一步地，主控设备5用于与用户进行交互，包括数据通信模块501、系统显控软件502、移动放舱车503。主控设备5用于与用户进行交互，用户通过主控端实现对整个系统的控制管理、资源调度、信息交换与存储等。系统显控软件502和数据管理软件完成探测节点7状态、弹着点位置和数据分类识别等信息的显示。系统显控软件502主界面实时显示弹着点定位结果，背景采用场区高分辨地图。同时，给出场区内探测节点7状态参数，包括数据量、同步信标状态等。出现故障节点，或节点被炸的情况时，系统自动检测上报。

主控软件系统支持将不同的界面结果推送到控制中心的其它节点，实现异地实时监控靶场区域的落点结果。系统主控端输出的信息包括系统各节点工作状态以及上位机运算的核心参数，在应用中既便于实时观察定位结果，又能够在维护时帮助操作人员掌握整个系统的运行状况。

进一步地，声学传感器202采用高灵敏、抗饱和的型号采用声场信息，声学传感器202外部装设防水金属外壳。

进一步地，气象传感器203包括超声风速仪、空气温湿度计、气压测量模块。

上述实施例仅为本实用新型的技术方案的一种实施方式，不是对本实用新型的实施限制，任何对本实用新型的技术方案进行修改或同等替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，包括定位计算中心(1)、探测子系统(2)、通信系统(3)和供电系统(4)，所述定位计算中心(1)包括主控设备(5)和视频监控系统(6)；所述探测子系统(2)包括探测阵列主机(201)和网络化节点位置的探测节点(7)，探测节点(7)探测微振动信号，微震信号经过探测阵列主机(201)预处理，并通过通信系统(3)回传到定位计算中心(1)进行弹丸落点定位计算，探测节点(7)的微震探测阵列可以通过GPS或北斗系统进行同步授时；通信系统(3)用于数据交互通信；供电系统(4)为监测定位网络提供电力保障。

2.根据权利要求1所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述探测节点(7)包括声学传感器(202)、气象传感器(203)和两个正交布放的震动传感器(204)，所述声学传感器(202)四个为一组，并在同一水平面上以震动传感器为中心等距均匀布放，且该声学传感器组所在的水平面与震动传感器的所在的水平面之间的纵向距离与其在水平方向的距离一致；声学传感器(202)反应整个靶场内不同时刻的声场分布情况，根据声场的变化情况准确反应出炮弹爆炸点的位置；气象传感器(203)采集靶场的温湿度、风场环境参数信息，用于声传播修正以及火炮射击的射表计算。

3.根据权利要求2所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述探测子系统(2)的探测阵列主机(201)通过光纤或无线网络与定位计算中心(1)通信，并响应定位计算中心(1)命令。

4.根据权利要求2所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述相邻两个探测节点(7)之间距离等于或大于500m；声学传感器(202)与震动传感器之间的布放距离根据算法调整。

5.根据权利要求1所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述通信系统(3)包括通信光缆(301)、交换机(302)、光电转换器(303)、通信模块(304)；通信模块(304)为无线通信模块、有线通信模块或两者相结合方案。

6.根据权利要求1所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述供电系统(4)包括城市电源(401)、UPS电源(402)、柴油发电机(403)、蓄电池(404)供电。

7.根据权利要求1所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述视频监控系统(6)包括摄像头(601)、云台(602)、视频控制软件(603)；摄像头(601)分布设置在靶区可实现全区域覆盖观测的位置，且摄像头(601)信号由云台控制回传，用于复核、联动靶场内落弹点的现场视频数据，同时检验定位结果的正确性。

8.根据权利要求1所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述主控设备(5)用于与用户进行交互，包括数据通信模块(501)、系统显控软件(502)、移动放舱车(503)。

9.根据权利要求2所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述声学传感器(202)采用高灵敏、抗饱和的型号采用声场信息，声学传感器(202)外部装设防水金属外壳。

10.根据权利要求2所述的一种网络化多层正交阵列微震定位系统，其特征在于，所述气象传感器(203)包括超声风速仪、空气温湿度计、气压测量模块。