改进的四元声阵列云爆引信炸点定位方法.pdf
《改进的四元声阵列云爆引信炸点定位方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《改进的四元声阵列云爆引信炸点定位方法.pdf(5页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、第45卷第5期2023年10 月探测与控制学报Journal of Detection&ControlVol.45 No.5Oct.2023改进的四元声阵列云爆引信炸点定位方法袁久兴1,任俊峰1,付胜华1.2,智小军1.2,杨金刚1.2(1.西安机电信息技术研究所,陕西西安7 10 0 6 5;2.机电动态控制重点实验室,陕西西安7 10 0 6 5)摘要:针对云爆弹(FAE)引信炸点位置监测易受燃料云团干扰的问题,提出一种改进可控响应功率相位变换法(SRP-PHAT)的云爆引信炸点定位方法。通过建立四元声阵列定位模型,进行目标声源与声阵列的方位和时延计算,进而融合四元声阵列各节点数据得到的炸
2、点坐标。仿真结果表明,提出的改进SRP-PHAT方法相比SRP、SRP-PH A T 定位方法有效提高了定位测向和抗干扰能力。结合云爆引信动态炸点声源定位试验,结果表明6 0 m处的炸点定位精度达到1m左右,相比SRP-PHAT的静态定位,该方法具备动态定位能力并且定位精度提高了15%,对云爆引信在云团干扰下的炸点定位提供了技术支撑。关键词:云爆弹;引信炸点;声阵列定位;可控响应功率相位变换法中图分类号:TJ43An Improved Quaternary Sound Array Method for FAEFuze Explosive Point LocalizationYUAN Jiuxi
3、ng,REN Junfeng,FU Shenghua-2,ZHI Xiaojun-2,YANG Jingangl.?1.Xian Institute of Electromechanical Information Technology,Xian 710065,China;2.Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control Laboratory,Xian 710065,ChinaAbstract:According to the problem that it is difficult to evaluation the
4、detonation position of fuel air explosive(FAE)when the fuze enters the fuel cloud,this paper established an improved SRP-PHAT method for locatingthe detonation point of FAE fuze.The coordinates of the explosion point were obtained by integrating the data ofeach node of the four-element acoustic arra
5、y,by establishing the location model of the four-element acoustic ar-ray,and calculating the azimuth and delay of the target sound.Through the positioning and error simulation a-nalysis,the improved SRP-PHAT method could effectively improve the positioning direction finding and anti-in-terference ab
6、ility compared with SRP and SRP-PHAT positioning.Combined with the FAE fuze location test,the results showed that the proposed method achieved the location accuracy of the detonation point was less than1 meter when the acoustic array was 60 meters away from the FAE fuze.Compared with the static posi
7、tioning ofSRP-PHAT,the proposed method had dynamic adaptability and improves the positioning accuracy by 15%.Thesystem provided a technical support for the detonation position of FAE fuze under cloud interference.Key words:FAE;fuze explosive point;sound array localization;SRP-PHAT0引言二次起爆型云爆弹(fuel ai
8、r explosive,FA E)的燃料云团与引信的交会起爆时间与位置控制一直是提高云爆毁伤的难点-2 1。当前,以炸点为声源信号的无线声阵列目标定位方法以其隐蔽性、低成本,在引战配合的效率评估及战场区域毁伤效能估计中*收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 4作者简介:袁久兴(198 9),男,陕西西安人,硕士,工程师。通信作者:付胜华(1991一),男,湖北孝感人,博士后,工程师。文献标志码:A文章编号:10 0 8-1194(2 0 2 3)0 5-0 0 6 6-0 5得到应用3-41。特别是云爆弹二次引信与抛撒燃料形成云团交会过程存在燃料云团的干扰,采用声阵列对二次引信炸点定位具有实际
9、意义。声阵列目标定位主要通过接收目标声源的信号能量,根据节点间的通信确定各节点接收的信号达到时间差,并辅以信标节点的物理位置进行定位算法设计5-6 。采用延时累加可控响应功率(SRP)方法7 只需较短的时间段,同时与相位变换(PHAT)袁久兴等:改进的四元声阵列云爆引信炸点定位方法加权与其周围环境不敏感性相结合,在声阵列目标定位中被广泛使用。然而,噪声恶化导致响应功率的分辨率降低,导致定位精度不足,需要进行SRP-PHAT的改进设计。二次引信与燃料云团在交会的过程中,引信起爆发出的爆炸声中蕴含有大量的目标信息,如引信在云团中的起爆位置与方位角等。低成本、小型化的分布式声场探测定位技术,已在弹道
10、末端炸点定位中得到应用8-10 1,对于云爆燃料与引信的动态交会的云团干扰,其定位精度还缺乏研究与验证。本文针对此问题,基于声阵列接收声源信号处理的分析,提出一种改进 SRP-PHAT四元声阵列的云爆引信炸点定位方法。1SRP-PHAT声阵列定位方法1.1声阵列模型结合文献11 提出的四节点声阵列定位模型,SRP-PHAT四元声阵列炸点定位坐标模型如图1所示。设定坐标系下炸点声源的方位角为,仰角为,炸点坐标为(,y,之),到坐标原点的距离为r,声传感器Mi、M 2、M s、M 4组成四元声阵列,阵列孔径为c,距离目标分别为di、d 2、d 3、d 4。M,(0,c,0)M,(c,0,0)M:(
11、0,c,0)图1四元声阵列定位坐标系Fig.1Positioning coordinate system offour-element acoustic array炸点声源构建的坐标可用极坐标表示为=rcoscos0y=rcos sin0,(=rsin0?+y2+=r,di=r2-2rccos cos 0+c?d2=r2-2rccos sin 0+cdg=r?+2rccos cos 0+c2(di=r?+2rccos sin 0+c?67其中,t1、t 2、t 3、t 4分别为声信号到达声传感器Mi、M2、M 3、M 4的时间t12,t 13,t i 4分别为声音到达声传感器Mi与其他三个声传
12、感器的时间差。设 为声速,则有(t 12=t i 一t2t13=tit3,t14=ti-t4di=oXtid2=Xt2d:=uXts(d4=uXt4当声源距离声传感器阵列距离远大于阵列孔径时,可以认为声源到阵列中心的距离为d1,即d4+dd+di。由式(3)可得d;-di=4rccos coslde-d2=4rccos asin 0进一步可以得到d-d_(d-dz)(da+dz)tan 0-ds-di(d-di)(d:+d)有At14-At2tan 0At13=arcsinVAti+(At4-At2)目标(x,y,)M(c,0,0)(4)(5)(6)(7)(8)(9)。(10)1.2SRP-P
13、HAT声源定位方法由四节点声阵列声源定位可知,通过获取炸点声源到声阵列中各声传感器的时间差,可以解算炸点的方位角和俯仰角。SRP-PHAT声源定位主要通过接收声源目标的信号功率特征得到时间差参数。定义q(0,d)为声源的空间位置向量。其中,为炸点声源的方位角,0 为仰角,d 为声阵列与炸点的距离。SRP-PHAT定位中,声阵列波束输出功率L7定义为NNP(q)=元u(o)X/(w).k=1 l=1X(w)e-ida,式(11)中,N=4;X(w)、X(w)分别为第k、l个传(1)声器信号的加窗傅里叶变换;tk、t 是声阵列指向声源的可控时延;du(w)为PHAT加权系数,有(2)u(a)=TX
14、:(a)Xi(a)T:SRP-PHAT定位原理主要通过遍历计算空间(3)网格中所有点q的可控响应功率P(q),最大响应功率处即为目标位置。(11)1(12)68探测与控制学报2改进SRP-PHAT炸点定位方法对于采样的信号,噪声恶化带来互相关曲线的旁瓣峰值高,甚至淹没主峰,导致定位精度不足。通过在PHAT滤波器中加入加权因子,可以提高PHAT滤波器的互相关计算性能。本文引人(O1)修改声阵列之间的互功率谱的模数,有Yi2(0)=Xi(a)X2(a)/e即在设计权值动态调整计算时,采用互相关信号中的次峰主峰比,定义P2为次峰值,P1为主峰值,有=P2/P1。(14)改进SRP-PHAT定位模型采
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 改进 四元声 阵列 引信 定位 方法