区域封锁子弹药超声波周向扫描探测技术研究

摘要

区域封锁子弹药是一种常用的反坦克群攻击手段，可以通过机载布撒器、制导火箭和炮射等手段实现远距离快速部署，形成自组织网络，用于阻滞对方的机械化部队。区域封锁子弹药的探测系统一般是复合探测系统，为声/红外复合体制和声/毫米波复合体制，研究声/超声复合探测系统的很少;声复合探测模式是以被动声信号作为预警，用超声波测距技术进行目标方位与距离识别。本文研究内容是基于网络化区域封锁子弹药系统的超声波主动防御式周向扫描探测技术，可以实现对子弹药节点周围大视场的探测。建立单声束超声波周向扫描探测的方案，针对周向扫描探测系统存在的重点问题和关键技术进行了研究。
　　本文首先对区域封锁子弹药复合探测系统的被动声探测和超声波探测等关键技术进行研究;在分析超声测距算法的基础上，运用互相关算法分析对回波信号进行处理，确定了超声波周向扫描探测系统的总体方案。其次，对普通型超声波换能器进行模态分析以及声场的频域特性分析，确定了换能器的最佳工作频率;设计了增强型超声波换能器，得到更强的声场声压和更远的测距范围;基于增强型超声波换能器，建立了单发单收的超声波周向探测模型，确定了信号脉冲频率与电机扫描转速的最佳匹配参数。最后，设计了超声波周向扫描探测系统的机构、电路软硬件系统，制作了原理样机并进行实验，实验验证了增强型超声波换能器结构设计合理及周向扫描探测数学模型的正确性，确定探测系统在超声脉冲频率为f≥27Hz，周向扫描转速范围233rpm≤n≤253rpm条件下，能捕获6m范围内速度低于70 km/h的目标车辆。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的来源和意义

1．2 相关技术的研究进展

1．2．1 无线传感器网络技术

1．2．2 超声波换能器技术

1．2．3 超声波探测技术

1．3 区域封锁子弹药及其探测系统

1．4 论文的研究内容和行文安排

2 周向扫描探测系统总体方案及关键技术分析

2．1 复合探测关键技术

2．1．1 被动声探测技术研究

2．1．2 超声波主动探测技术研究

2．1．3 声／超声波复合探测技术研究

2．2 超声测距算法研究

2．3 超声波周向扫描探测系统总体方案的设计

2．4 本章小结

3 基于增强型超声换能器的周向扫描探测技术研究

3．1 超声波换能器技术研究

3．1．1 换能器的主要性能指标

3．1．2 压电换能器的频域特性

3．1．3 压电换能器的模态分析

3．2 增强型超声波换能器技术研究

3．2．1 增强型压电换能器技术研究

3．2．2 增强型压电换能器的声场分析

3．2．3 增强型压电换能器结构参数的优化设计

3．3 单声束周向扫描车辆探测技术研究

3．3．1 单声束探测目标模型分析

3．3．2 超声回波信号特性分析

3．3．3 脉冲频率和扫描转速的匹配

3．4 本章小结

4 超声波周向扫描探测系统设计

4．1 系统的结构设计

4．2 扫描探测系统的机械结构设计

4．2．1 机械结构的设计

4．2．2 电机的选择与控制

4．3 超声探测节点硬件设计

4．3．1 控制模块的设计

4．3．2 电源模块设计

4．3．3 收发一体的换能器的设计

4．3．4 无线通讯模块的设计

4．4 系统的软件设计

4．5 本章小结

5 超声波周向扫描探测系统实验与分析

5．1 实验测试平台

5．2 压电换能器的静态范围实验

5．3 超声波探测环境实验

5．3．1 超声波探测草地实验

5．3．2 超声波探测雨场实验

5．4 超声波周向探测实验

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 后续展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况