声定位应用研究

    爆炸时将产生强烈声波信号，能够为人的听觉识别，概略判断声源位置。在军事领域，这种能力对战场环境下提高战斗人员的生存能力，分析战场情况有重要意义。如果采用精密仪器探测爆炸声波，完全可以实现爆炸声源的精确定位。

    1 定位原理

    在爆炸区域布置A、B、C三个传感器成三角形；爆炸声波从声源T 传播到点 A、B、C 传感器，三个传感器得到的爆炸声波传播的相对时延。在声速c已知的情况下，可根据三个传感器的空间相对关系以及它所测得的声波传播时间求得地面声源T的坐标（x0，y0） 以及爆炸时刻时间t0。

    根据声源点到三个传感器的距离建立方程组。

    式中：xi，yi为第i传感器的坐标；x0，y0i为爆炸波传播到第i个传感器的时延；t0为爆炸波传播到第一个传感器所用的时间。在方程中传感器坐标已知，测量得到时间数据，解二次方程组，得到爆炸源位置坐标。

    2 风速修正

    由公式可知，定位误差有传感器址的误差、提取爆炸声波到达时刻的误差和声速的误差。其中声速大小的误差原因有温度测量的误差和风引起的声传播速度的变化。布站误差、测时误差和温度误差可以通过改进测量方法、采用精密仪器加以消弱；而风对声传播速度的影响则无法克服，必须采取相应的算法加以弥补。

    如图1所示，当声源 T产生的声波以速度c向测试站 A传播时，风向与TA的夹角为β，风速大小为v，则声波从T点传播到A点的速度将发生变化。

    声波可以认为是以声源T为圆心，以声速c向四周均匀传播。而风速则是以速度v，与TA的夹角为β传播。那么，爆炸声波到测试站的传播速度可以认为是这两个速度的矢量叠加。由于风速大小和方向已知，声速已知，二者的矢量和的方向已知，即由爆声源指向测试站，那么根据就可以求得由声源到测试站的传播速度c'，如下式：

    根据各测试站测得的时间，计算得到落点（x0,'，y0）'；计算各个测试站与（x0,'，y0）' 的连线和竖坐标轴的夹角 αi；

    根据风向θ，计算各个测试站与（x0,'，y0）' 的连线和风向的夹角βi

βi=αi- θ （4）

    根据修正的声速计算各测试站测得的时间，得到ti'

    重新计算落点坐标，得到修正后的落点坐标（x0，y0）。

    3 仿真实验