基于地震動(dòng)信號(hào)的車輛定位方法研究.pdf

1、無人值守地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)作為地面目標(biāo)偵察的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在近些年來得到了飛速發(fā)展，其市場(chǎng)應(yīng)用需求也越發(fā)廣闊。在軍事領(lǐng)域，這一系統(tǒng)已被裝配到大量部隊(duì)中進(jìn)行軍事偵察、識(shí)別和戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗，而在商用領(lǐng)域則被廣泛用作對(duì)特殊建筑周邊的入侵防護(hù)。然而通過地震動(dòng)傳感器采集地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的地震動(dòng)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)較為精確的實(shí)時(shí)定位仍然是一難題。因此，對(duì)基于地震動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)且適用于車輛運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的定位問題進(jìn)行深入研究十分必要。
　　本文在分析比較了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有地面運(yùn)動(dòng)目

2、標(biāo)定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出適用于處理地震動(dòng)信號(hào)的目標(biāo)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（時(shí)延）定位方法，分別從時(shí)延估計(jì)、傳播速度測(cè)定和傳感器陣列布局優(yōu)化三個(gè)方面研究了定位方法的改進(jìn)，并以輪式車輛為主要應(yīng)用對(duì)象，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)方法的定位效果，最后探討了針對(duì)復(fù)雜未知地質(zhì)條件下的時(shí)延測(cè)向定位方法。
　　論文首先研究了基于地震動(dòng)信號(hào)的目標(biāo)定位原理，對(duì)經(jīng)典的目標(biāo)定位方法進(jìn)行了分析比較。針對(duì)時(shí)延定位中的時(shí)延估計(jì)問題，通過仿真對(duì)比了廣義互相關(guān)中各種加權(quán)算法以及

3、高階累積量方法的時(shí)延估計(jì)精度;針對(duì)定位計(jì)算問題，分別分析了Fang，Taylor以及Chan算法的優(yōu)劣;然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所選算法對(duì)地震動(dòng)信號(hào)的適用性。
　　在傳統(tǒng)時(shí)延定位方法的基礎(chǔ)上，提出了多項(xiàng)針對(duì)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的定位算法改進(jìn)。在時(shí)延估計(jì)方面，采用了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的時(shí)延估計(jì)方法，并研究了其對(duì)車輛地震動(dòng)信號(hào)的應(yīng)用問題;在信號(hào)傳播速度測(cè)定方面，探討了基于二次插值的傳播速度估計(jì)方法;在傳感器陣列布局優(yōu)化方面，通過比較三角形和直線兩種基

4、本傳感器陣列的定位精度，提出了優(yōu)化的五元十字陣布局，并總結(jié)出改進(jìn)定位方法的具體計(jì)算流程。
　　通過外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)定位方法對(duì)輪式車輛目標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用效果。根據(jù)輪式車輛地震動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻特性，以及對(duì)地震動(dòng)傳感器的工作原理和安裝等問題的研究，提出了具體的實(shí)驗(yàn)方案。由對(duì)重型貨車和輕型轎車目標(biāo)定位結(jié)果的分析比較，驗(yàn)證了改進(jìn)方法對(duì)提高輪式車輛目標(biāo)定位精度的效果。
　　針對(duì)復(fù)雜未知地質(zhì)條件下的信號(hào)傳播速度不確定性問題，文章最后提出了基于四

5、傳感器方陣的時(shí)延測(cè)向定位方法。從理論上推導(dǎo)出四傳感器方陣下的目標(biāo)方位角估計(jì)帶邊界及其最大帶寬值，證明了信號(hào)傳播速度與目標(biāo)方位角估計(jì)之間的弱相關(guān)性;根據(jù)仿真分析結(jié)果探討了信號(hào)傳播速度和時(shí)延測(cè)量誤差對(duì)目標(biāo)方位角估計(jì)精度的影響;外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與采用三軸地震動(dòng)傳感器的方法相比，該方法的定位精度更優(yōu)。
　　論文提出的目標(biāo)定位改進(jìn)方法能夠有效提高輪式車輛的定位精度;基于四傳感器方陣的時(shí)延測(cè)向定位方法能夠?qū)?fù)雜未知地質(zhì)下的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)較