基于多振动传感器的平面振动定位研究

摘要

基于多传感器的振动目标定位检测技术的原理是根据振动传感器对振动信号的采集，完成发现并定位振动目标。这一技术不但可以加强部队的作战侦察能力，并且对于环境监测、仓库监视、桥梁监控等领域也有很好的应用前景。
　　本文的主体讨论内容是二维平面振动目标定位，即振动源和振动传感器处在同一水平面上。本文开始说明了振动信号在大地介质中的传输特征，确定瑞利波作为所要采集的振动信号;进而分析对比了4种平面经典定位算法，着重讨论了基于到达时间差的定位算法(TDOA)的特征，并且用互相关算法来确定时间差进行时延估计。
　　本文主要包括下位机软硬件设计以及上位机软件设计。下位机根据上位机发来的命令，通过STM32驱动AD7656转换芯片对振动传感器采集到的模拟信号进行模数转换，然后将数字振动波形数据发送给上位机进行分析;而上位机的任务是向下位机发送命令，并且通过串口接收下位机发送过来的数据，对其进行分析最后得出位置信息。为了方便采集并转换数据，本文将振动传感器、模拟信号调理电路、A/D转换芯片、微处理器以及电源等模块集成在了一块硬件电路板中。为了快速准确分析数据，本文利用MATLAB计算软件对采集回来的振动波形进行互相关分析，并计算最终的位置信息。
　　最后，对系统进行测试，下位机可以根据上位机的命令开始或结束振动位置检测，并在开始位置检测后将有效振动数据发送给上位机。上位机能够描绘出振动信号波形并进行互相关分析，最后得出振动位置的信息。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 多振动传感器定位系统的国内外发展现状

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本文的章节安排

第二章 振动研究及定位相关算法

2．1 振动传播理论

2．1．1 基于瑞利波的振动信号检测

2．1．2 瑞利波的频率特性

2．2 平面定位方法研究

2．2．1 基于到达时间差(TDOA)的定位算法

2．2．2 求解定位方程

2．3 时延估计算法研究

2．3．1 时延估计模型

2．3．2 互相关时延估计算法

2．4 信号传播速度测定

2．5 本章小结

第三章 定位系统硬件设计

3．1 MCU控制芯片的选型

3．2 电源模块设计

3．3 振动传感器选型

3．4 信号处理模块

3．5 A／D转换模块

3．5．1 AD7656芯片简介

3．5．2 AD7656工作原理

3．5．3 AD7656电路设计

3．6 串口与JLINK通讯设计

3．7 本章小结

第四章 定位系统软件设计

4．1．1 系统主程序设计

4．1．2 系统初始化程序

4．1．3 串口数据解析程序

4．1．4 A／D转换程序

4．2 上位机MATLAB显示程序设计

4．2．1 串口通讯程序设计

4．2．2 互相关程序设计

4．2．3 位置计算程序设计

4．3 本章小结

第五章 系统运行和测试

5．1 信号调理电路的测试

5．2 系统整体测试

5．2．1 测试环境的搭建

5．2．2 振动传播速度测定

5．2．3 振动定位测试

5．2．4 误差分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢