基于声学立靶的传感器阵列模型研究

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1、火炮发射与控制学报·３８·ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＵＮＬＡＵＮＣＨ＆ＣＯＮＴＲＯＬ２０１１年１２月基于声学立靶的传感器阵列模型研究蒋萍，狄长安，孔德仁，马朝军，蒋东东（南京理工大学机械工程学院，江苏南京２１００９４）摘要：针对小口径炮弹着点安全及自动检测的需求，根据超音速弹丸激波在空气中的传播特性，研究双三角形传感器阵列在１０ｍ×１０ｍ探测区域的适用性；基于时延法建立了定位数学模型，研究了在约束条件下，利用ＭＡＴＬＡＢ＠对等边三角形边长与两三角形最近顶点距离之间比值对定位精度的影响进行了仿真计算，获取了一种较优的布阵方法，有助于提高定位精度。该阵列模型可为声

2、定位系统的总体设计及部件设计提供参考。关键词：仪器仪表技术；传感器阵列；激波；弹着点；声定位中图分类号：ＴＰ３０２．１文献标志码：Ａ文章编号：１６７３－６５２４（２０１１）０４－００３８－０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｅｎｓｏｒｓＡｒｒａｙＭｏｄｅｌＢａｓｅｄｏｎＡｃｏｕｓｔｉｃＴａｒｇｅｔＪＩＡＮＧＰｉｎｇ，ＤＩＣｈａｎｇ－ａｎ，ＫＯＮＧＤｅ－ｒｅｎ，ＭＡＣｈａｏ－ｊｕｎ，ＪＩＡＮＧＤｏｎｇ－ｄｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２

3、１００９４，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｓａｋｅｏｆｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｉｍｐａｃｔｐｏｉｎｔｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｍａｌｌｃａｌｉｂｅｒｃａｎｎｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｔｒａｖｅｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅａｉｒ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｏｕｂｌｅｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌｔｒｉａｎｇｌｅｉｎ１０ｍ×１０ｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｒｅａｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎａｎａｌ

4、ｙｓｉｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｉｍｅｄｅｌａｙｍｅｔｈｏｄ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｒｉａｎｇｌｅ’ｓｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｉｄｅａｎｄｔｈｅｎｅａｒｅｓｔｌｅｎｇｔｈｏｆｔｗｏｔｒｉａｎｇｌｅｓ’ｖｅｒｔｅｘｅｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆＭＡＴＬＡＢ＠．Ａｋｉｎｄｏｆｂｅｔｔｅｒｍｅｔｈｏｄｔｏａｒｒａｎｇｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｒａｙａｎｄｔｏｇｅｔｔｈｅｈｉｇｈｌ

5、ｙｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗａｓａｃｑｕｉｒｅｄ．Ｔｈｅａｒｒａｙｍｏｄｅｌｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎａｃｏｕｓｔｉｃｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄｍｅｔｅｒ；ｓｅｎｓｏｒｓａｒｒａｙ；ｓｈｏｃｋｗａｖｅｓ；ｉｍｐａｃｔｐｏｉｎｔ；ａｃｏｕｓｔｉｃｌｏ－ｃａｔｉｏｎ立靶密集度是评价直射式武器弹药质量好坏的一个重要指标，一般用弹着点坐标中间误差表１定位原理示。采用声定位方法确定弹着点坐标时，声传感器的布阵

6、方法直接影响着声定位的精度、模型的复杂超声速弹丸在空气中运动时，形同超声速气流程度及解算时间。随着测试靶面的增加，声定位的吹过弹丸而被弹丸头部分开，产生了凹角转折和凸角［１］精度会明显变差，因此有必要研究大靶面弹着点转折现象，使弹丸周围空气发生压缩和膨胀。如图１的声定位的相关问题。笔者根据超音速弹丸激波所示，在弹丸的头尾部形成一个圆锥形的脱体激波，在空气中的传播特性，研究一种传感器布阵方法在波前呈一锥面，在垂直于波前方向以声速运动，锥面１０ｍ×１０ｍ探测区域的适用性，以为靶场的大靶［２］半角θ＝ａｒｃｓｉｎ（１／Ｍａ）取决于弹丸马赫数Ｍａ。面的立靶密集度

7、自动测量系统的研制奠定基础。当弹丸激波扫过检测点时，传感器阵列检测到收稿日期：２０１１－０３－０４；修回日期：２０１１－０７－１８作者简介：蒋萍（１９８６－），女，硕士，主要从事测试计量技术及仪器研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｕｅｅｎｙ．ｊｐ＠１６３．ｃｏｍ第４期蒋萍，等：基于声学立靶的传感器阵列模型研究·３９·３模型仿真与误差分析解非线性方程组有多种迭代方式，本文选用最小二乘迭代法，在ＭＡＴＬＡＢ＠环境下，对阵列进行仿真。左右对称三角阵测量靶面关于ｙ轴对称，并且只在激波信号，获得激波信号经过每个传感器时的时间ｘ轴的上方，所以只取第１象限的点仿真。为使布阵在宽度

8、ＴＦ和传感器之间的时间间隔ｔｉｊ，再运用恰当体积最小的条件下测试效果最优，因此按