空中炸点被动声三基阵定位系统误差仿真

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    被动声学定位技术具有隐蔽、全天候、成本低、能耗低、可无人值守等优点,近些年来国内外已有较多的应用。声探测系统通过布置特定几何构型的一系列传声器, 可以探测射击位置、弹道和炸点等,炮位探测、弹着点探测[1]、地面炸点探测[2]、狙击手探测等平面定位问题已有成功应用。由于声学技术测高及定距的困难,三维空间定位还有待发展。单基阵对空中目标的定位精度低一直是影响其工程应用的关键问题之一,特别是测距误差较大,有时几乎无法实现。采用多个基阵数据融合的方法可以有效提高声学定距精度[3-5]。多基阵定位系统的特点是单个基阵探测方位,多个基阵数据融合给出较准确的定距结果,而且参与数据融合的基阵越多,定位结果越准确[6-7]。

    近年来,兵器实验靶场对武器实验过程中空中炸点定位有一定的需求。多基阵声学定位系统的一个难题是目标事件的时空关联。爆炸声波的突发性便于多基阵目标信号的时空关联,因此有利于空中炸点声学定位技术的工程实现。本文采用3个立体五元阵对空中炸点进行被动声定位,提出了基于三基阵的空中炸点定位方法,并进行了外场实验验证。

    1 三基阵声学定位系统简介

    空中炸点定位系统由3个基于立体五元阵的子站和中心站构成。子站主要包括:1)接收声信号的立体五元阵;2)用于给采集信号打时标的GPS时标机;3)无线数据传输设备;4)具备数据采集、信号预处理、GPS时标机控制、无线数据传输控制以及远程控制指令接收和执行功能的数据处理器;5)给各个用电器供电的蓄电池。中心站主要包括:1)用于定位系统控制、数据存储、信号处理、信息融合、结果显示的便携式计算机;2)无线数据传输设备;3)气象参数测量设备;4)蓄电池。子站可以无人值守,子站布设完毕后在中心站完成整个实验测试和结果分析。图1所示为三基阵定位系统构成示意图。图2为子站实物图。

    空中炸点定位系统主要是对强脉冲声信号进行定位,当系统检测到声信号超过一定强度的阈值才进入定位流程。定位系统的流程如图3所示。采集到的声信号打上 GPS时间标记后进行去均值、去线性趋势项和线性滤波等预处理,然后计算各路信号的时延,计算各个立体五元阵探测到的目标脉冲方位角和俯仰角,即得到各个子站的目标方向线,3个子站的方向线交会即可得到定位结果。特别地,如果只有2个子站传回的信号可计算出同一目标事件的方向线的话,这两条方向线交会也可得出定位结果,即把异面直线上距离最近的2个点的中点作为目标位置;如果只有一个子站传回目标事件信号,那么定位结果只是一条方向线和误差较大的定距结果。