專利名稱：一種發(fā)射源的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲發(fā)射檢測(cè)方法，特別是涉及一種突發(fā)性聲發(fā)射源的定位方法。

背景技術(shù)：
確定聲發(fā)射源的部位是聲發(fā)射檢測(cè)的主要目標(biāo)之一，也是評(píng)價(jià)聲發(fā)射儀器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。如何提高聲發(fā)射源的定位精度，最大限度地簡(jiǎn)化聲發(fā)射源的定位工作，是聲發(fā)射檢測(cè)與評(píng)價(jià)以及聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀器性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)。因此，對(duì)聲源定位方法的改進(jìn)具有十分重要的意義。
聲發(fā)射源定位方法按實(shí)現(xiàn)定位的方法原理，可分為時(shí)差定位法、區(qū)域定位法、相關(guān)關(guān)系定位法和模式識(shí)別定位法等。
時(shí)差定位法根據(jù)同一聲發(fā)射源發(fā)出的信號(hào)到達(dá)不同傳感器的相對(duì)時(shí)間差異以及傳感器布置的空間位置，通過(guò)聲發(fā)射源和傳感器間的幾何關(guān)系列出方程并進(jìn)行求解，可得到聲發(fā)射源的位置。時(shí)差定位法通常假定介質(zhì)聲傳播各向同性，傳播速度為常數(shù)，是目前應(yīng)用最普遍的聲發(fā)射源定位方法。在實(shí)踐中，為了得到聲發(fā)射源位置的計(jì)算方程式并簡(jiǎn)化計(jì)算，聲發(fā)射信號(hào)的接收器(以下稱傳感器)位置通常是按特定的規(guī)則的幾何圖形布置的，根據(jù)傳感器布置的幾何圖形，時(shí)差定位法可分為正方形定位法、正三角形定位法和球面三角形定位法等，但由上述各種方法推得的聲發(fā)射源位置確定的計(jì)算公式還是比較麻煩，致使聲發(fā)射源定位工作比較繁瑣；另外，以往時(shí)差定位法都需要事先用模擬聲源對(duì)聲波的速度進(jìn)行測(cè)量，但由于無(wú)法保證模擬聲源和實(shí)際聲源在頻率等方面完全一致，而實(shí)際證明即使是同一種介質(zhì)，只要其幾何形狀不同，即使是完全相同的聲發(fā)射源也會(huì)有不同的聲波傳播速度，因此，事先用模擬聲源來(lái)確定聲波在介質(zhì)中傳播速度的方法會(huì)給聲發(fā)射源定位帶來(lái)誤差。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種不同于傳統(tǒng)的發(fā)射源定位的時(shí)差定位方法，該方法信號(hào)傳感器布置的幾何圖形簡(jiǎn)單，不需事先確定聲波在介質(zhì)中的傳播速度，因此，可以得到簡(jiǎn)潔的聲發(fā)射源的定位公式，并可消除由于頻散帶來(lái)的定位誤差。本發(fā)明的方法還可以方便地應(yīng)用到其他類似的定位技術(shù)。
本發(fā)明的方法是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種發(fā)射源的定位方法，該方法適用于相關(guān)的目標(biāo)定位，它包括下述步驟 (1)擁有一套可同時(shí)接收至少四個(gè)由同一發(fā)射源發(fā)出信號(hào)的接收處理系統(tǒng)； (2)將上述系統(tǒng)的至少四個(gè)信號(hào)接收器按直線關(guān)系布置，并且各接收器之間的距離為已知； (3)接收發(fā)射源的發(fā)射信號(hào)，確定發(fā)射信號(hào)到達(dá)各信號(hào)接收器之間的時(shí)差； (4)建立坐標(biāo)系，推導(dǎo)出確定發(fā)射源位置的計(jì)算公式； (5)將在上述步驟(2)和步驟(3)中確定的各接收器之間的距離和各信號(hào)接收器之間的時(shí)差代入在步驟(4)確定的計(jì)算公式，最終確定發(fā)射源的位置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是 信號(hào)傳感器布置的幾何圖形簡(jiǎn)單，不需事先確定聲波在介質(zhì)中的傳播速度，因此，可以得到簡(jiǎn)潔的聲發(fā)射源的定位公式，并可消除由于頻散帶來(lái)的定位誤差。本發(fā)明的方法還可以方便地應(yīng)用到其他類似的定位問(wèn)題中。



圖1為本發(fā)明方法的傳感器一種布置示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方法作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明依下列步驟進(jìn)行在待定的聲發(fā)射源附近按分布布置，至少四個(gè)信號(hào)傳感器，并記錄下傳感器之間的距離；監(jiān)視聲發(fā)射信號(hào)并記錄信號(hào)到達(dá)各傳感器的時(shí)間差異；以待定聲發(fā)射源為坐標(biāo)原點(diǎn)，推到確定聲發(fā)射源位置的計(jì)算公式；將上述傳感器之間的距離、聲發(fā)射信號(hào)到達(dá)各傳感器的時(shí)間差代人上述計(jì)算公式，最終確定聲發(fā)射源的具體位置。
實(shí)施例參見圖1所示，在平面直角坐標(biāo)系XOY中，坐標(biāo)原點(diǎn)O為聲發(fā)射源，Y軸與直線AD平行，將四個(gè)傳感器按直線布置，分別置于A(x，y)、B(x，y+l21)、C(x，y+l31)、D(x，y+l41)處，令OA＝r，OB＝r+r21，OC＝r+r31，OD＝r+r41。從聲源O(0，0)發(fā)射的聲波到達(dá)置于B、C、D處的傳感器相對(duì)于其到達(dá)A處的傳感器的時(shí)差分別為t21、t31和t41。若聲波的傳播速度為v，則r21＝vt21、r31＝vt31、r41＝vt41。
M(x，0)點(diǎn)為X軸與直線AD的交點(diǎn)，三角形MOA、MOB、MOC、MOD均為直角三角形，由勾股定理知 x2+y2＝r2，(1) x2+(y+l21)2＝(r+vt21)2，(2) x2+(y+l31)2＝(r+vt31)2，(3) x2+(y+l41)2＝(r+vt41)2. (4) 分別用(2)、(3)、(4)式減去(1)式后整理得 由(5)式得， 將(8)式分別代入(6)式和(7)式得， 由(9)式得， 將(11)式分別代入(10)式得， 令， b＝2[t41(t41-t21)(t21l31-t31l21)+t31(t31-t21)(t41l21-t21l41)]，(14) 則， 將(15)式代入(11)式得， 將v和(15)式分別代入(8)式得， 將(18)式和(15)代入(1)式得， 由x、y、r中的任意兩個(gè)數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射源的準(zhǔn)確定位。
x取正值還是取負(fù)值可用如下方法確定。在任意一個(gè)傳感器的一側(cè)再增加一個(gè)傳感器(兩傳感器之間有適當(dāng)間隔，并具有相同的y坐標(biāo))。例如在A1點(diǎn)加一個(gè)傳感器，如果A1點(diǎn)處的傳感器比A點(diǎn)處的傳感器先接收到聲波信號(hào)，則x取負(fù)值，即實(shí)際聲源在靠近A1一側(cè)，并與圖1中的坐標(biāo)原點(diǎn)O關(guān)于直線MC對(duì)稱；如果A1點(diǎn)處的傳感器比A點(diǎn)的處傳感器后接收到聲波信號(hào)，則x取正值，即實(shí)際聲源就為圖1中的坐標(biāo)原點(diǎn)O。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射源的定位方法，該方法適用于相關(guān)的目標(biāo)定位，其特征在于，它包括下述步驟
(1)擁有一套可同時(shí)接收至少四個(gè)由同一發(fā)射源發(fā)出信號(hào)的接收處理系統(tǒng)；
(2)將上述系統(tǒng)的至少四個(gè)信號(hào)接收器按直線關(guān)系布置，并且各接收器之間的距離為已知；
(3)接收發(fā)射源的發(fā)射信號(hào)，確定發(fā)射信號(hào)到達(dá)各信號(hào)接收器之間的時(shí)差；
(4)建立坐標(biāo)系，推導(dǎo)出確定發(fā)射源位置的計(jì)算公式；
(5)將在上述步驟(2)和步驟(3)中確定的各接收器之間的距離和各信號(hào)接收器之間的時(shí)差代入在步驟(4)確定的計(jì)算公式，最終確定發(fā)射源的位置。
全文摘要
一種發(fā)射源的定位方法，涉及一種聲發(fā)射檢測(cè)方法，適用于目標(biāo)定位，包括下述步驟(1)擁有一套可同時(shí)接收至少四個(gè)由同一發(fā)射源發(fā)出信號(hào)的接收處理系統(tǒng)；(2)將上述至少四個(gè)信號(hào)接收器按直線關(guān)系布置，并且各接收器之間的距離為已知；(3)接收發(fā)射源的發(fā)射信號(hào)，確定發(fā)射信號(hào)到達(dá)各信號(hào)接收器之間的時(shí)差；(4)建立坐標(biāo)系，推導(dǎo)出確定發(fā)射源位置的計(jì)算公式；(5)將在上述步驟(2)和步驟(3)中確定的各接收器之間的距離和各信號(hào)接收器之間的時(shí)差代入在步驟(4)確定的計(jì)算公式，最終確定發(fā)射源的位置。該方法不需事先確定聲波在介質(zhì)中的傳播速度，并可消除由于頻散帶來(lái)的定位誤差。本方法還可以方便地應(yīng)用到其他類似的定位技術(shù)。
文檔編號(hào)G01S5/22GK101806882SQ20101012183
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者張忠寧, 田 健, 張建偉, 寧志高 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)化工學(xué)院