目標(biāo)定位技術(shù)在軍事、航空航天及生活方方面面中均有廣泛的應(yīng)用,世界各國都在研究基于不同定位原理下的定位技術(shù)和設(shè)備。本文以靶場彈炸點定位問題為研究背景,結(jié)合中國科學(xué)院聲學(xué)研究所具體的靶場項目,討論了基于TDOA聲學(xué)檢測被動定位技術(shù)。考慮在靶場實驗中實際遇到的難題及項目指標(biāo),本文從多個方面展開討論和分析,從理論分析到實踐應(yīng)用。其研究內(nèi)容可以大致分為以下幾個部分:1.針對實際定位應(yīng)用中,傳感器間硬件性能的差異和環(huán)境干擾等因素所導(dǎo)致的時延估計問題,討論了一種基于頻域概率模型的分頻段時延估計校準(zhǔn)算法(PFD-TDE)。其在廣義互相關(guān)算法(GCC)的基礎(chǔ)上,將接收信號在頻域上進(jìn)行分段,通過一組訓(xùn)練集信號源接收信號構(gòu)建測量節(jié)點與參考節(jié)點間時延估計的頻域概率模型,并通過對不同頻段的概率加權(quán)以獲得整個頻域信號的時延估計。2.針對基本的單源TDOA定位問題。在詳細(xì)分析和對比了標(biāo)準(zhǔn)Chan算法和改進(jìn)Chan算法后,討論了兩類誤差修正算法:分階段局部誤差修正和全局誤差修正算法。分階段局部誤差修正算法將Chan及改進(jìn)Chan算法的各階段誤差分別進(jìn)行修正,其假設(shè)各階段的有偏估計值修正后為無偏估計值。全局誤差修正算法分析了算法中各階段估計值誤差間的關(guān)系,在估計的最終階段對最終的估計值進(jìn)行誤差修正。通過仿真分析可以發(fā)現(xiàn),相比原始算法,兩類誤差修正算法其定位性能均得到了提升,且全局誤差修正算法定位性能優(yōu)于分階段局部誤差修正算法。3.以多信號源TDOA分離定位問題為研究對象。針對不同多信號源情形,討論了3類多信號源分離定位算法。首先,針對異類信號源分離定位情形,討論了一種基于相似度判決的異類信號源分離定位算法。而針對多個同類信號源分離定位情形,討論了搜索匹配算法、多基線聯(lián)合定位算法。搜索匹配算法以運算復(fù)雜度為代價來實現(xiàn)各信號源的分離,分離后實現(xiàn)其定位;在詳細(xì)分析了當(dāng)信號源空間分布及發(fā)射間隔不同的情況下,空間中傳感器節(jié)點接收到信號源的時序特征后,根據(jù)空間接收時序的雙曲線劃分特性,提出了 一種基于多基線聯(lián)合定位的雙信號源分離定位算法,算法將長、短基線陣接收數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,最終實現(xiàn)雙目標(biāo)源的精確定位。仿真實驗發(fā)現(xiàn),在一定的多信號源條件下,各算法均能實現(xiàn)多信號源信號的分離和定位。4.以靶場炮彈炸點TDOA定位系統(tǒng)為研究對象,簡要介紹了該定位系統(tǒng)的組成,包括系統(tǒng)硬件部分、上位機(jī)軟件部分及TDOA定位算法實現(xiàn)部分。系統(tǒng)重點研究了各節(jié)點間時鐘同步的解決方法,通過硬件上添加時標(biāo)及秒脈沖信號,算法中采用數(shù)據(jù)時標(biāo)對齊的方式,補償硬件傳輸、數(shù)據(jù)交互所帶來的各節(jié)點數(shù)據(jù)不同步,從而提高TDOA定位精度。通過2016年某靶場定位外場實驗,對系統(tǒng)進(jìn)行檢驗。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TJ410.6
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 靶場定位國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 靶場定位國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 定位技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.4 時延估計技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容
第二章 基于頻域概率模型的分頻段時延估計校準(zhǔn)算法
    2.1 引言
    2.2 分頻段時延估計算法
        2.2.1 基本互相關(guān)方法
        2.2.2 廣義互相關(guān)算法
        2.2.3 分頻段時延估計（FD-TDE）
    2.3 基于頻域概率模型的分頻段時延估計算法（PFD-TDE）
        2.3.1 頻域概率模型
        2.3.2 基于頻域概率模型的分頻段時延估計
    2.4 靶場試驗及實測數(shù)據(jù)驗證
        2.4.1 試驗場景及參數(shù)設(shè)置
        2.4.2 試驗結(jié)果對比
    2.5 本章小結(jié)
第三章 單信號源TDOA定位算法研究
    3.1 引言
    3.2 基本TDOA定位算法
        3.2.1 基于Taylor級數(shù)的迭代定位算法
        3.2.2 基于最小二乘的閉合定位算法（Chan算法）
    3.3 Chan改進(jìn)算法及其誤差分析
        3.3.1 階段1:約束最優(yōu)化算法及誤差分析
        3.3.2 階段2:WLS算法誤差分析
        3.3.3 階段3誤差分析
    3.4 誤差修正算法
        3.4.1 分階段局部修正（local correction）
        3.4.2 全局修正（global correction）
    3.5 仿真實驗及分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 多信號源TDOA分離定位算法研究
    4.1 引言
    4.2 基于相似度判決的多信號源分離定位算法
        4.2.1 模型建立
    4.3 搜索匹配算法
        4.3.1 模型建立
        4.3.2 Matlab仿真實驗
        4.3.3 本節(jié)小結(jié)
    4.4 多基線聯(lián)合定位算法
        4.4.1 雙信號源傳播時序空間劃分
        4.4.2 基于優(yōu)化優(yōu)化布局的雙信號源分離定位
        4.4.3 Matlab仿真實驗
        4.4.4 本節(jié)小結(jié)
    4.5 本章小結(jié)
第五章 靶場定位系統(tǒng)
    5.1 靶場定位系統(tǒng)組成
        5.1.1 靶場定位系統(tǒng)
        5.1.2 系統(tǒng)硬件組成
    5.2 上位機(jī)軟件及算法組成
        5.2.1 上位機(jī)軟件簡介
        5.2.2 上位機(jī)算法簡介
    5.3 外場實驗及結(jié)果分析
        5.3.1 靶場實驗場景簡介
        5.3.2 實驗結(jié)果分析
        5.3.3 靶場外場實驗結(jié)果分析與小結(jié)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文完成的主要內(nèi)容
    6.2 論文展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間主要的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2894659