專利名稱：一種發(fā)射源的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲發(fā)射檢測方法，特別是涉及一種突發(fā)性聲發(fā)射源的定位方法。

背景技術(shù)：
確定聲發(fā)射源的部位是聲發(fā)射檢測的主要目標(biāo)之一，也是評價聲發(fā)射儀器的一項重要指標(biāo)。如何提高聲發(fā)射源的定位精度，最大限度地簡化聲發(fā)射源的定位工作，是聲發(fā)射檢測與評價以及聲發(fā)射監(jiān)測儀器性能評價的一個重要指標(biāo)。因此，對聲源定位方法的改進具有十分重要的意義。
聲發(fā)射源定位方法按實現(xiàn)定位的方法原理，可分為時差定位法、區(qū)域定位法、相關(guān)關(guān)系定位法和模式識別定位法等。
時差定位法根據(jù)同一聲發(fā)射源發(fā)出的信號到達不同傳感器的相對時間差異以及傳感器布置的空間位置，通過聲發(fā)射源和傳感器間的幾何關(guān)系列出方程并進行求解，可得到聲發(fā)射源的位置。時差定位法通常假定介質(zhì)聲傳播各向同性，傳播速度為常數(shù)，是目前應(yīng)用最普遍的聲發(fā)射源定位方法。在實踐中，為了得到聲發(fā)射源位置的計算方程式并簡化計算，聲發(fā)射信號的接收器(以下稱傳感器)位置通常是按特定的規(guī)則的幾何圖形布置的，根據(jù)傳感器布置的幾何圖形，時差定位法可分為正方形定位法、正三角形定位法和球面三角形定位法等，但由上述各種方法推得的聲發(fā)射源位置確定的計算公式還是比較麻煩，致使聲發(fā)射源定位工作比較繁瑣；另外，以往時差定位法都需要事先用模擬聲源對聲波的速度進行測量，但由于無法保證模擬聲源和實際聲源在頻率等方面完全一致，而實際證明即使是同一種介質(zhì)，只要其幾何形狀不同，即使是完全相同的聲發(fā)射源也會有不同的聲波傳播速度，因此，事先用模擬聲源來確定聲波在介質(zhì)中傳播速度的方法會給聲發(fā)射源定位帶來誤差。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種不同于傳統(tǒng)的發(fā)射源定位的時差定位方法，該方法信號傳感器布置的幾何圖形簡單，不需事先確定聲波在介質(zhì)中的傳播速度，因此，可以得到簡潔的聲發(fā)射源的定位公式，并可消除由于頻散帶來的定位誤差。本發(fā)明的方法還可以方便地應(yīng)用到其他類似的定位技術(shù)。
本發(fā)明的方法是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種發(fā)射源的定位方法，該方法適用于相關(guān)的目標(biāo)定位，它包括下述步驟 (1)擁有一套可同時接收至少四個由同一發(fā)射源發(fā)出信號的接收處理系統(tǒng)； (2)將上述系統(tǒng)的至少四個信號接收器按直線關(guān)系布置，并且各接收器之間的距離為已知； (3)接收發(fā)射源的發(fā)射信號，確定發(fā)射信號到達各信號接收器之間的時差； (4)建立坐標(biāo)系，推導(dǎo)出確定發(fā)射源位置的計算公式； (5)將在上述步驟(2)和步驟(3)中確定的各接收器之間的距離和各信號接收器之間的時差代入在步驟(4)確定的計算公式，最終確定發(fā)射源的位置。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果是 信號傳感器布置的幾何圖形簡單，不需事先確定聲波在介質(zhì)中的傳播速度，因此，可以得到簡潔的聲發(fā)射源的定位公式，并可消除由于頻散帶來的定位誤差。本發(fā)明的方法還可以方便地應(yīng)用到其他類似的定位問題中。



圖1為本發(fā)明方法的傳感器一種布置示意圖。

具體實施例方式 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方法作進一步的說明。
本發(fā)明依下列步驟進行在待定的聲發(fā)射源附近按分布布置，至少四個信號傳感器，并記錄下傳感器之間的距離；監(jiān)視聲發(fā)射信號并記錄信號到達各傳感器的時間差異；以待定聲發(fā)射源為坐標(biāo)原點，推到確定聲發(fā)射源位置的計算公式；將上述傳感器之間的距離、聲發(fā)射信號到達各傳感器的時間差代人上述計算公式，最終確定聲發(fā)射源的具體位置。
實施例參見圖1所示，在平面直角坐標(biāo)系XOY中，坐標(biāo)原點O為聲發(fā)射源，Y軸與直線AD平行，將四個傳感器按直線布置，分別置于A(x，y)、B(x，y+l21)、C(x，y+l31)、D(x，y+l41)處，令OA＝r，OB＝r+r21，OC＝r+r31，OD＝r+r41。從聲源O(0，0)發(fā)射的聲波到達置于B、C、D處的傳感器相對于其到達A處的傳感器的時差分別為t21、t31和t41。若聲波的傳播速度為v，則r21＝vt21、r31＝vt31、r41＝vt41。
M(x，0)點為X軸與直線AD的交點，三角形MOA、MOB、MOC、MOD均為直角三角形，由勾股定理知 x2+y2＝r2，(1) x2+(y+l21)2＝(r+vt21)2，(2) x2+(y+l31)2＝(r+vt31)2，(3) x2+(y+l41)2＝(r+vt41)2. (4) 分別用(2)、(3)、(4)式減去(1)式后整理得 由(5)式得， 將(8)式分別代入(6)式和(7)式得， 由(9)式得， 將(11)式分別代入(10)式得， 令， b＝2[t41(t41-t21)(t21l31-t31l21)+t31(t31-t21)(t41l21-t21l41)]，(14) 則， 將(15)式代入(11)式得， 將v和(15)式分別代入(8)式得， 將(18)式和(15)代入(1)式得， 由x、y、r中的任意兩個數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)聲發(fā)射源的準(zhǔn)確定位。
x取正值還是取負值可用如下方法確定。在任意一個傳感器的一側(cè)再增加一個傳感器(兩傳感器之間有適當(dāng)間隔，并具有相同的y坐標(biāo))。例如在A1點加一個傳感器，如果A1點處的傳感器比A點處的傳感器先接收到聲波信號，則x取負值，即實際聲源在靠近A1一側(cè)，并與圖1中的坐標(biāo)原點O關(guān)于直線MC對稱；如果A1點處的傳感器比A點的處傳感器后接收到聲波信號，則x取正值，即實際聲源就為圖1中的坐標(biāo)原點O。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射源的定位方法，該方法適用于相關(guān)的目標(biāo)定位，其特征在于，它包括下述步驟
(1)擁有一套可同時接收至少四個由同一發(fā)射源發(fā)出信號的接收處理系統(tǒng)；
(2)將上述系統(tǒng)的至少四個信號接收器按直線關(guān)系布置，并且各接收器之間的距離為已知；
(3)接收發(fā)射源的發(fā)射信號，確定發(fā)射信號到達各信號接收器之間的時差；
(4)建立坐標(biāo)系，推導(dǎo)出確定發(fā)射源位置的計算公式；
(5)將在上述步驟(2)和步驟(3)中確定的各接收器之間的距離和各信號接收器之間的時差代入在步驟(4)確定的計算公式，最終確定發(fā)射源的位置。
全文摘要
一種發(fā)射源的定位方法，涉及一種聲發(fā)射檢測方法，適用于目標(biāo)定位，包括下述步驟(1)擁有一套可同時接收至少四個由同一發(fā)射源發(fā)出信號的接收處理系統(tǒng)；(2)將上述至少四個信號接收器按直線關(guān)系布置，并且各接收器之間的距離為已知；(3)接收發(fā)射源的發(fā)射信號，確定發(fā)射信號到達各信號接收器之間的時差；(4)建立坐標(biāo)系，推導(dǎo)出確定發(fā)射源位置的計算公式；(5)將在上述步驟(2)和步驟(3)中確定的各接收器之間的距離和各信號接收器之間的時差代入在步驟(4)確定的計算公式，最終確定發(fā)射源的位置。該方法不需事先確定聲波在介質(zhì)中的傳播速度，并可消除由于頻散帶來的定位誤差。本方法還可以方便地應(yīng)用到其他類似的定位技術(shù)。
文檔編號G01S5/22GK101806882SQ20101012183
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者張忠寧, 田 健, 張建偉, 寧志高 申請人:沈陽化工學(xué)院