基于TDOA的自动声报靶装置定位误差分析及优化设计

摘要

基于TDOA的双三角阵列自动声报靶装置虽然被广泛用于大靶面立靶密集度测量，但在实际应用过程中仍然存在定位精度不高、定位稳定性较差等问题。为提高双三角阵自动声报靶装置的定位精度和稳定性，本文在系统深入研究装置定位误差机理的基础上，抓住影响定位精度的主要误差因素，尝试通过建立基于激波传播路径的双三角阵定位模型的方法，对装置进行优化设计。 通过分析现有双三角阵列自动声报靶装置的工作过程和误差控制方法，确定了装置定位误差的可能来源。针对弹丸斜入射、风速风向、弹丸章动角、传声器安装误差、激波视速度衰减、激波信号采集处理过程和定位模型这几种重要误差源，分别建立了误差模型，并采用MATLAB仿真计算出不同误差源独立作用时的定位误差分布，得到了影响声定位精度的主要误差因素。 针对双三角阵自动声报靶装置定位过程中存在多个误差组合作用的问题，重点进行了双三角阵自动声报靶装置多误差源耦合分析。分别分析了声定位过程中弹丸斜入射、风速风向、激波信号采集处理过程等多个误差组合作用的过程，建立了多误差耦合误差模型并进行了仿真分析。分析结果表明，多误差因素同时作用会进一步降低测量精度，其中弹丸斜入射和风速风向是两种主要误差源。 针对弹丸斜入射和风速风向两种主要误差源，区别于常规基于视速度的建模方法，根据弹丸飞行过程中激波作用于声传感器阵列的传播路径，分别建立了一种双三角阵自动声报靶装置斜入射和斜入射与风速风向耦合修正模型，仿真分析表明，两种修正模型皆可用于提高声定位精度。 为验证双三角阵自动声报靶装置的斜入射和斜入射与风速风向耦合两种修正模型的修正效果，分别进行了实弹射击实验，采用对比两种修正模型、常规双三角阵定位模型计算坐标与实际坐标之间的偏差的方法进行验证。室内靶道及野外实验表明，斜入射修正模型和耦合修正模型都可有效提高定位精度，使用两种修正模型可以实现自动声报靶装置的优化设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 TDOA声定位方法研究现状

1．2．2自动声报靶装置研究现状

1．3双三角阵自动声报靶装置需要研究的问题

1．4本文主要工作

2双三角阵自动声报靶装置工作过程分析

2．1双三角阵自动声报靶装置定位原理

2．1．1双三角阵定位原理

2．1．2激波传播特性分析

2．1．3激波传播路径分析

2．2双三角阵自动声报靶装置工作过程及误差控制方法

2．2．1双三角阵自动声报靶装置组成

2．2．2双三角阵自动声报靶装置工作过程

2．3双三角阵自动声报靶装置的优化设计方向

2．4本章小结

3双三角阵自动声报靶装置定位主要误差来源分析

3．1定位误差来源分析

3．2不同独立误差源对定位精度的影响及仿真分析

3．2．1弹丸斜入射的影响

3．2．2风速风向的影响

3．2．3弹丸章动角的影响

3．2．4传声器安装误差的影响

3．2．5激波视速度衰减的影响

3．2．6激波信号采集处理过程的影响

3．2．7定位解算简化模型的影响

3．3定位误差源误差统计

3．4本章小结

4双三角阵自动声报靶装置多误差源耦合分析

4．1多误差源耦合过程分析

4．1．1弹丸斜入射与弹丸章动角引起的误差耦合过程

4．1．2弹丸斜入射与风速风向引起的误差耦合过程

4．1．3弹丸斜入射与激波视速度衰减的误差耦合过程

4．2多误差耦合误差模型仿真分析

4．2．1多误差耦合误差模型构建

4．2．2多误差耦合误差模型仿真分析

4．3本章小结

5双三角阵自动声报靶装置定位模型优化

5．1基于激波传播路径的定位模型

5．2基于激波传播路径的弹丸斜入射修正模型

5．2．1弹丸斜入射修正模型构建

5．2．2弹丸斜入射修正模型仿真分析

5．3基于激波传播路径的弹丸斜入射与风速风向耦合修正模型

5．3．1弹丸斜入射与风速风向耦合修正模型构建

5．3．2弹丸斜入射与风速风向耦合修正模型仿真分析

5．4本章小结

6实弹射击验证实验

6．1弹丸斜入射修正模型验证实验

6．1．1实验设计

6．1．2实验数据分析

6．2弹丸斜入射与风速风向耦合修正模型验证实验

6．2．1实验设计

6．2．2实验数据分析

6．3本章小结

7全文总结与展望

7．1全文总结

7．2展望

致谢

参考文献

附录