[发明专利]基于反演算法的雷声三维定位方法

说明书

本发明公开了一种基于反演算法的雷声三维定位方法，包括步骤：建立传声器阵列模型，根据给定的雷声初始位置得出雷声到达传声器阵列模型各阵元间的相对时延值；利用获取的相对时延值，结合建立的传声器阵列模型及其空间位置关系确定雷声声源位置。本发明有效的解决了基于搜索的最大似然法运算量大且不适用于实时系统的不足，提高了运算效率，增强了雷声定位的实时性与精确性。

技术领域

本发明涉及一种基于反演算法的雷声三维定位方法，属于雷电定位技术领域。

背景技术

雷声定位是指对三维空间内的雷声声源进行方位确定。雷声定位的关键在于系统的实时性和精确性，而现有的定位算法运算量较大，一般定位精度较低。在算法上，早在20世纪80年代，就有一些国家对声源定位技术展开研究，结果表明，当一昧追求实时性时往往运算量较大且需要以降低定位精度为代价。因此，对雷声三维定位算法的改进及发明是雷电定位领域的基础性问题。

2012年TI杯，四川省大学生电子设计竞赛D题为声音定位系统。其中就有团队以MSP430F149单片机作为微处理器，将接收到的声音信号进行滤波、放大和整形处理，通过单片机定时器和终端编程记录声音发送的时间和各接收模块接收到信号的时间，最后运用数学公式通过程序算法计算出声源的坐标并最终显示。但其声源坐标定位范围只能局限于0.06m内，定位范围达不到三维空间的千万米级数。所以，亟需研究出一种定位精度高、定位范围广的雷声三维定位算法，以提高雷声定位的水平。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于反演算法的雷声三维定位方法，解决传统雷声定位算法运算量较大、定位精度较低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于反演算法的雷声三维定位方法，包括如下步骤：

建立传声器阵列模型，根据给定的雷声初始位置得出雷声到达传声器阵列模型各阵元间的相对时延值；

利用获取的相对时延值，结合建立的传声器阵列模型及其空间位置关系确定雷声声源位置。

获取相对时延值的具体方法如下：

设雷声传播速度为c，雷声声源S的空间位置为(x，y，z)，r为雷声声源S到传声器S0(0,0,0)所在阵元中心的距离；其中：z大于零；

设雷声声源S传播到传声器S0(0,0,0)、S1(0,h,0)、S2(l,0,0)、S3(l,h,0)的时间分别为t₀、t₁、t₂、t₃，h为传声器S0与S1之间的距离，l为传声器S0与S2之间的距离，得出3组相对时延值：△t₁＝t₁-t₀，△t₂＝t₂-t₀,△t₃＝t₃-t₀。

确定雷声声源位置的方法是：

将雷声声源S到阵元中心的水平距离所在直线与X正半轴的夹角定义为水平偏角H₁，将雷声声源S到阵元中心距离r所在直线与x-y-0平面的夹角定义为仰角H₂；

根据雷声声源S所处的空间位置分下述四种情况分别计算雷声水平偏角和仰角：

情况一：雷声声源S不在x-0-z平面、0-y-z平面、z轴上；

情况二：雷声声源S在x-0-z平面上；

情况三：雷声声源S在0-y-z平面上；

情况四：雷声声源S在z轴上；

根据雷声声源到各传声器的距离以及相对时延值对雷声声源进行定位。