一种基于空间十元阵的点声源被动声定位方法

摘要

本发明提供一种基于空间十元阵的点声源被动声定位方法，属于感知和测试技术领域。本发明的点声源被动声定位方法通过空间十元阵的中心基阵的各个节点计算相应的到达时间差，然后利用该到达时间差计算点声源的俯仰角与方位角；通过空间十元阵的外围基阵的各个节点计算相应的到达时间差，然后利用该到达时间差计算点声源的声程信息；最终根据所得俯仰角、方位角和声程信息计算出点声源的坐标。该点声源被动声定位方法避免了因声源特殊位置而产生的无法定位或者定位误差突变的情况，具有精度高、实用性强的优势。

主权项

1.一种基于空间十元阵的点声源被动声定位方法，其特征在于，包括：步骤1，建立XYZ直角坐标系，将空间十元阵在所述XYZ直角坐标系中按特定位置布设，其中所述空间十元阵包括中心基阵和外围基阵，所述中心基阵包含第1节点、第2节点、第3节点、第4节点和第5节点，所述外围基阵包含第0节点、第6节点、第7节点、第8节点和第9节点；所述第0节点位于所述XYZ直角坐标系的坐标原点，所述第7节点、第3节点、第5节点、第9节点位于X轴，所述第8节点、第4节点、第2节点、第6节点位于Y轴，所述第1节点位于Z轴；其中，除第1节点外的另外9个节点处于同一水平面，且所述第1节点高度高于该水平面，设其高度为H；所述第2节点、第3节点、第4节点、第5节点与第0节点的距离相同，该距离设为R₁，并称该R₁为所述中心基阵的孔径；所述第6节点、第7节点、第8节点、第9节点与第0节点的距离相同，该距离设为R₂，并称该R₂为所述外围基阵的孔径；步骤2，点声源P(x，y，z)发出声波，该声波触发所述空间十元阵的各个节点，每个节点将其相应的触发时刻通过有线或无线方式传输到测控终端，所述触发时刻是所述点声源发出的声波传递到节点时的时刻；其中，P(x，y，z)为所述点声源在所述XYZ直角坐标系中的坐标，以所述XYZ直角坐标系的坐标原点为原点，建立球坐标系，其中俯仰角θ为有向线段OP与Z轴正向所夹的角，方位角为有向线段OP在坐标平面XOY的投影与X轴正向之间的所夹的角，OP之间的距离为极半径L；步骤3，所述测控终端根据所述中心基阵的各个节点的触发时刻计算第2节点、第3节点、第4节点和第5节点相对于第1节点的到达时间差τ₂₁、τ₃₁、τ₄₁、τ₅₁，其中τ_ij＝t_i-t_j，i＝2、3、4、5；j＝1，t_i和t_j分别为第i个节点与第j个节点的触发时刻；所述测控终端根据所述外围基阵的各个节点的触发时刻计算第6节点、第7节点、第8节点和第9节点相对于第0节点的到达时间差τ₆₀、τ₇₀、τ₈₀、τ₉₀，其中τ_ij＝t_i-t_j，i＝6、7、8、9；j＝0，t_i和t_j分别为第i个节点与第j个节点的触发时刻；步骤4，根据所述中心基阵的各个节点计算的到达时间差τ₂₁、τ₃₁、τ₄₁、τ₅₁，高度差H和中心基阵的孔径R₁，利用公式和计算所述点声源P(x，y，z)的俯仰角θ与方位角；根据所述外围基阵的各个节点计算的到达时间差τ₆₀、τ₇₀、τ₈₀、τ₉₀，外围基阵孔径R₂和有效声速v，利用公式计算所述点声源P(x，y，z)距离第0节点的声程信息L；步骤5，根据所述俯仰角θ与方位角和声程信息L利用公式z＝Lcos(θ)计算所述点声源在所述XYZ直角坐标系中的坐标P(x，y，z)。