一種遠場聲源定位系統和方法
【技術領域】
[0001] 本實發明涉及聲源定位技術領域，尤其涉及一種遠場聲源定位系統和方法。
【背景技術】
[0002] 現代戰爭中，低空/超低空空襲正成為局部戰爭的一種常態模式。其中，低空飛 行目標一方面利用技術手段減小雷達橫截面積（RCS)，另一方面充分利用地形，貼近地面入 侵，對現有的探測預警手段構成了極大的挑戰。
[0003] 現有的雷達、光電等手段是主要的探測預警手段，但這些手段由于受地球曲率和 地形地貌影響，同時易受天氣及電磁干擾，因此對低空入侵的目標，尤其是對RCS小的目標 探測能力不強，雷達和光電探測手段對低空/超低空目標就有些力有未逮。
[0004] 聲波波長較長，繞射和衍射能力較強，不易受地形影響，因此聲探測是一種非視距 探測手段，又加之其具有體積小、隱蔽性好、不受氣候條件、電磁干擾影響、不易受到攻擊， 且費用低的優點，受到了國內外軍方的高度重視。但目前見之報道的研究主要集中在應用 于平面十字陣、平面五元陣及平面圓陣等平面陣。
[0005] 但平面陣的距離定位精度和角度測量精度與聲源目標方位角有關，致使聲源目標 在不同方向的時候，定位誤差較大，出現定位不準確的狀況。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種遠場聲源定位系統和方法，以提高聲源的定位精度。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0008] 本發明提供了一種遠場聲源定位系統，包括：
[0009] N個定位聲傳感器，所述定位聲傳感器均勻水平分布在以R為半徑、以0點為圓心 的圓周上，其中，N為不小于4的自然數；
[0010] 1個參照聲傳感器，所述參照聲傳感器位于〇點正上方，且與〇點的距離為D ; [0011] 數據處理模塊，所述數據處理模塊分別與定位聲傳感器和參照聲傳感器相連，用 于接收聲源的噪聲數據，并對所述噪聲數據進行計算，獲得聲源的位置信息。
[0012] 還提供了一種基于上述遠場聲源定位系統的遠場聲源定位方法，該方法包括：
[0013] 建立以0點為原點、堅直方向為z軸的空間坐標系；
[0014] 獲取相對于參照聲傳感器，聲源到第一定位聲傳感器的聲程差c τ i。，聲源到第二 定位聲傳感器的聲程差c τ 2。，…聲源到第i定位聲傳感器的聲程差c τ i()···，聲源到第N定 位聲傳感器的聲程差c τ n。，其中，c為聲速，τ ;。為相對于參照聲傳感器，聲源到第i定位聲 傳感器的延時時間；
[0015] 獲取聲源到0點的距離L :
[0017] 獲取聲源相對于〇點的方向：
[0018]
[0019] 其中，φ為聲源的方位角，Θ為聲源的俯仰角，供為第i定位聲傳感器的方位角。
[0020] 在上述技術方案中，本發明提供的遠場聲源定位系統和方法，利用參照聲傳感器 和均勻水平分布在以R為半徑、以0點為圓心圓周上的N個定位聲傳感器，以參照聲傳感器 為基準，根據聲源到各傳感器的聲程差，計算獲得聲源相對于〇點的距離信息和方向信息， 進而實現聲源目標的定位。利用本發明提供的遠場聲源定位系統和方法獲得的定位結果， 其誤差與聲源目標的方位角無關，定位結果準確。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對本發明實施 例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅 僅是本發明的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可 以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本發明提供的一種遠場聲源定位系統俯視圖；
[0023] 圖2為本發明提供的一種遠場聲源定位系統側視圖；
[0024] 圖3為本發明提供的一種遠場聲源定位系統的數據處理模塊結構示意圖；
[0025] 圖4為本發明提供的另一種遠場聲源定位系統結構示意圖；
[0026] 圖5為本發明提供的一種遠場聲源定位系統的傳感器支架結構示意圖；
[0027] 圖6為本發明提供的一種遠場聲源定位系統方法所參考的空間坐標系。
[0028] 圖中：1、定位聲傳感器，2、參照聲傳感器，3、數據處理模塊，31、聲源距離定位單 元，32、聲源方向定位單元，4、數據存儲模塊，5、用戶終端，11、底座，12、立桿，13、水平桿， 14、橫撐桿，15、斜拉桿，16、卡扣。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0030] 實施例一
[0031] 本實施例公開了一種遠場聲源定位系統，如圖1和圖2所示，該系統包括：
[0032] N個定位聲傳感器1，所述定位聲傳感器1均勻水平分布在以R為半徑、以0點為 圓心的圓周上，其中，N為不小于4的自然數；
[0033] 1個參照聲傳感器2,所述參照聲傳感器位于0點正上方，且與0點的距離為D ;
[0034] 數據處理模塊3,所述數據處理模塊3分別與定位聲傳感器1和參照聲傳感器2相 連，用于接收聲源的噪聲數據，并對所述噪聲數據進行計算，獲得聲源的位置信息。
[0035] 為了獲得較高的定位精度，并使定位精度、系統結構及系統造價之間取得平衡，在 本發明中，所述定位傳感器1的個數N優選為10~12,所述半徑R優選為為4m~6m，所述 D與半徑R的比值D/R不小于0. 4。
[0036] 在本實施例中，所述定位傳感器1的個數N為12,所述半徑R優選為4m，所述D與 半徑R的比值D/R優選為0. 4。
[0037] 如圖3所示，所述數據處理模塊，包括：
[0038] 聲源距離定位單元31，所述聲源距離定位單元31分別與定位聲傳感器1和參照聲 傳感器2相連，用于根據所述聲源的噪聲數據定位聲源與0點間的距離，生成聲源的距離信 息；
[0039] 聲源方向定位單元32,所述聲源方向定位單元32分別與定位聲傳感器1和參照聲 傳感器2相連，用于根據所述聲源的噪聲數據定位聲源的方向，生成聲源的方向信息。
[0040] 如圖4所示，所述遠場聲源定位系統，還包括：
[0041] 數據存儲模塊4,所述數據存儲模塊4與所述數據處理模塊3相連，用于接收并存 儲所述聲源的距離信息和方向信息'
[0042] 用戶終端5,所述用戶終端5分別與所述數據處理模塊3和數據存儲模塊4相連， 用于顯示所述聲源位置信息。
[0043] 如圖5所示，所述遠場聲源定位系統還包括傳感器支架，所述傳感器支架用于支 撐固定所述定位傳感器和參照傳感器。
[0044] 其中，該支架包括：
[0045] 底座11、立桿12、水平桿13、橫撐桿14、斜拉桿15和卡扣16。
[0046] 在本實施例中，選用12個定位傳感器1和1個參照聲傳感器2,相應的選取1根 立桿12,所述立桿12固定在所述底座11上，所述參照聲傳感器2固定在所述立桿12上； 12根水平桿13,所述水平桿13以立桿12為中心，水平均勻分布，其間隔角度相同，12個定 位傳感器1相應的固定在所述12根水平桿13上；12根橫撐桿14,所述12根橫撐桿14位 于兩個定位傳感器1之間，與所述水平桿13 -同固定所述12個定位傳感器1 ;12根斜拉桿 15,所述斜拉桿15的一端固定在所述立桿12的腰部，所述斜拉桿15的另一端固定在所述 水平桿13的腰部，分以12個卡扣16固定，以使所述支架更加穩固。
[0047] 本實施例提供的遠場聲源定位系統，利用參照聲傳感器和均勻水平分布在以R為 半徑、以〇點為圓心圓周上的N個定位聲傳感器，以參照聲傳感器為基準，再根據聲源到各 傳感器的聲程差，計算獲得聲源相對于〇點的距離信息和方向信息，進而實現聲源目標的 定位。利用本實施例提供的遠場聲源定位系統獲得的定位結果，其誤差與聲源目標的方位 角無關，定位結果準確。
[0048] 本發明可應用于低空入侵目標警戒、要地防空及重大活動的安保工作，也可應用 于民用領域的聲源定位。
[0049] 實施例二
[0050] 本實施例公開了一種基于上述遠場聲源定位系統的遠場聲源定位方法，該方法包 括：
[0051] 如圖6所示，建立以0點為原點、堅直方向為z軸的空間坐標系。其中，第一定位 聲傳感器Si位于X軸上，P'為聲源P在水平面上的投影，Θ為聲源的俯仰角，Ψ為聲源的 方位角，的為第i定位聲傳感器的方位角。
[0052] 獲取相對于參照聲傳感器S。，聲源P到第一定位聲傳感器Si的聲程差c τ i。，聲源P 到第二定位聲傳感器s2的聲程差c τ 2。，…聲源p到第i定位聲傳感器Si的聲程差c τ i。···， 聲源P到第N定位聲傳感器Sn的聲程差c τ n。，其中，c為聲速，τ ;。為相對于參照聲傳感器 聲源到第i定位聲傳感器的延時時間，若第i定位聲傳感器