运动旋转声阵列对声目标定位理论研究

选题的科学意义和应用前景
直升机、坦克、装甲车、轮船、潜艇等在工作过程中都不可避免的产生噪声，而这些噪声各自产生机理不同，噪声信号之间存在一定差别，尤其这些声源在运动过程中更具特点，通过对这些噪声的接收和处理就可以识别目标，进而对目标方位进行估计和跟踪。之所以采用被动接收噪声来作为一种探测手段是因为被动声探测具有独特的优势：在探测过程中不向声源发射主动探测信号，不暴露自己，隐蔽性好；不受光线限制，可全天候工作；声在有很强的绕射能力，在一定距离内可以接收到障碍物后面的声源发出的噪声。声探测装置与激光等主动探测方式所采用的装置相比大多成本低、功耗低；现代微电子技术、信号处理技术以及传声器技术的迅速发展使得实时处理声信号成为可能，立足于这些技术，研究被动探测声源发出的噪声来对运动声源空间位置进行定位。所谓定位就是要研究一定算法，根据声传声器接收到的信号来实时确定声源位置在指定坐标系下的方向信息和距离信息。
声阵列就是将一定数量的传声器按一定规则排成阵列的形式，分别接收声源的声波，由于传声器空间位置上的差距，致使接收到的声信号存在时间差，可根据信号处理理论计算出各个传声器之间的时延差，再根据传声器位置的几何关系就可以推算出声源所在方向和距离信息，运动旋转声阵列就是将声阵列固结在某种载体上随载体一起作直线运动或旋转运动，在随载体一起运动的条件下判断声源相对于载体的空间变化信息。
本学位论文在平面固定声阵列对声目标定位理论的基础上，将弹体运动学与声阵列定位理论相结合，研究运动旋转（弹载）声阵列对声目标的定位理论，研究适合运动旋转声阵列对各种运动状态下的声源定位的算法和理论，研究弹体运动参数对声目标定位精度影响，并对定位误差进行分析，研究对运动旋转声阵列对声目标的定位算法并进行全数字仿真或半实物仿真。
声阵列技术被广泛应用于海洋探测、地形探测、金属探伤甚至医学领域，在不透光的环境里声阵列更是具有不可替代的优势，在这些领域都有广泛的应用。本文提出运动旋转声阵列可应用于智能子弹药，可以加强对目标正确识别能力，并对声目标进行精确方位定向，进而通过合理算法确定目标距离。该声阵列可以应用到对直升机、坦克、装甲车辆等识别、运动轨迹跟踪等领域，被动定位技术是智能雷和智能子弹药探测声目标的重要手段之一，加强对声阵列的研究可以提高武器智能化水平和数字化水平，可以为武器向智能化方向发展提供积极的参考价值。

背景科研项目情况简介
空气中声阵列一个主要应用就是在智能雷系统中用来识别和跟踪近距离坦克、武装车辆以及对空中武装直升机等目标进行识别和跟踪，并寻找适合时机攻击目标。考察国内外文献以及一些国家这方面的产品，总结出以下特点：
（1）几乎都采用了利用多种传声器的复合探测体制，这样可以大大提高探测识别的精度，并且可以适应多种目标；
（2）为了进行目标探测和识别，都使用了声探测器，都应用了声阵列；
（3）智能雷的探测识别系统中，都包含了自动处理、识别及控制功能，这部分功能都采用微处理器来实现，这也是智能雷最显著的特点之一。
如何利用声探测技术精确的确定目标在空中的位置并适时攻击目标是声武器系统的关键技术之一，也是我们研究过程中要攻克的主要难题。传统的被动声定位有声相关法和声强法，声强测量法用双传声器先求出声强，求声强由两种方法声压差分法[24]和互功率谱法，由于声强是矢量，可由声强值的变化来确定声源的方向，这种方法不能确定距离，且误差较大，不能满足武器系统的要求。声相关法是通过从传声器阵列中获得的信号到达时差来计算目标所在的方位角和距离，特别是随着数字信号处理技术的迅速发展，近几年来一些高精度的时延算法相继问世，时延估计已突破了采样间隔的量化约束，向连续可变时延估计过渡，例如时延频率估计法、特征结构发放、以及FIR数字滤波连续可变时延法，这使得声相关法定位达到了较好的效果。除上述两种方法外，也可不需要直接估计时延值，而用人工神经网络进行目标定向以及自适应相位计实现跟踪定位，这可避免时延估计引起的定位误差，具有较高的定位精度。
总之，随着近年来信号处理理论的火热发展以及微电子技术的突飞猛进，在声信号处理方面的新理论新应用层出不穷。为声阵列应用于武器系统创造了良好的条件和技术贮备。