超音速子弹声源定位算法的研究与设计

摘要

在作战中，狙击手一般隐蔽性好、杀伤力强，对己方人员安全构成严重的威胁。为了及时、准确地确定狙击手的位置，对反狙击手探测系统的研究十分必要。近年来，基于声学方法的狙击手探测系统因具有功耗低、实用性强、结构简单等特点，得到了广泛的研究和应用。本文是利用声探测的方法研究了适用于小型设备的超音速子弹声源定位技术。
　　超音速子弹在被击发的瞬间会产生枪口激波，弹丸在超音速飞行的过程中会产生马赫波。本文对这两种波的基本特征进行了深入分析，探讨了子弹头结构与马赫波波形的关系问题，并将马赫波和枪口激波与自然界中跟其相似的声波进行了对比，为正确识别超音速子弹产生的声波提供了依据。在算法研究中，对近距离和远距离两种情况下的狙击手定位进行分析总结，推导出对枪口激波依赖性相对较小的联合定位算法。该算法的特点是引入了马赫波传播的单位方向向量和弹道的单位方向向量，依次确定了马赫角、马赫数和麦克风阵列到弹道的距离，最终得出检测点到狙击手的距离和方位角。
　　在声源定位软件设计中，给出了超音速子弹声源定位系统的整体框架;设计了前后台工作方式;利用dpASP对马赫波进行了鉴别;利用48位超长计数的方法对声波到达时间进行记录;采用12位模数转换器对枪口激波信号进行采集;同时设计了键盘和LCD显示的基本操作;运用查表法对三角函数进行运算;最后对声源定位模块进行了设计。
　　在论文最后，根据已有的马赫波和枪口激波数据，对算法进行了初步验证，并对验证结果进行了分析。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的组织结构

2 超音速子弹声波特征分析

2．1 马赫波

2．1．1 马赫波基本特征

2．1．2 马赫波其他特征

2．2 枪口激波

2．3 其他常见声波与马赫波和枪口激波的对比

2．4 本章小结

3 超音速子弹声源定位算法研究

3．1 定位模型

3．2 定位算法前期理论探讨

3．2．1 近距离狙击手定位算法探讨

3．2．2 远距离狙击手定位算法探讨

3．3 基于枪口激波和马赫波的联合定位

3．3．1 马赫波传播的单位方向向量

3．3．2 弹道的单位方向向量

3．3．3 马赫角和马赫数

3．3．4 麦克风阵列到弹道的距离

3．3．5 麦克风阵列到狙击手的距离和方位角

3．4 本章小结

4 超音速子弹声源定位软件设计

4．1 声源定位系统设计目标

4．2 声源定位流程

4．3 声源定位系统整体框架

4．4 系统控制模块

4．5 信息获取模块

4．5．1 声源信息的判断与采集模块

4．5．2 辅助信息获取模块

4．5．3 人机信息交互模块

4．6 数据处理模块

4．6．1 超长计数值运算

4．6．2 查表法求解三角函数

4．7 功能实现模块

4．7．1 声源定位模块

4．7．2 定位结果及辅助信息处理模块

4．8 在枪口激波未被准确检测到的情况下的定位设计

4．9 本章小结

5 结果验证及分析

5．1 测试条件及测得的波形信息

5．2 验证及分析

6 工作总结及展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历

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