基于正四棱锥形六元声阵列被动定位的研究.pdf

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1、第27卷第2期传感技术学报Vo1．27No．2CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSFeb．20142014年2月ResearchofPassiveAcousticLocationBasedonRectangularPyramidArrayofSixSensorsLIUYongrui，LIUWenyi，ZHENChengfang(NationalKeyLaboratoryForElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051

2、，China)Abstract：Anacousticlocalizationwirelesssensornetworknodeusesthetimedifferenceofarrival(TDOA)theorytolocateacoustictargets．Itproposesarectangularpyramidaraywithsixsensors．ThepaperdeducestheformulasofthetargetspatialorientationandusesGeneralizedCross-Corelationalgorith

3、mtoachievetimedelayestimation．Thepaperanalyzesthemodelerror．Finally，throughthesimulationexperiment，thetargetcanbeeffectivelypositioningandthemodelerrorissmal1．Keywords：wirelesssensornetworknode；passiveacousticlocation；rectangularpyramidarrayofsixsensors；eroranalysisEEACC：61

4、50P；6150E；6140doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2014．02．020基于正四棱锥形六元声阵列被动定位的研究木刘泳锐，刘文怡，甄成方(中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原030051)摘要：声音无线传感器网络节点利用到达时间差(TDOA)原理进行声音目标定位，提出了一种正四棱锥形六元声音阵列定位模型。推导了目标空间定位计算公式，应用广义互相关算法对时延进行估计。同时对模型误差进行了分析。最后通过仿真实验，可以对目标进行有效定位，定位误差小。关键词：无线传感器网络节点；被动声定位；六元正四棱锥；误差分析

5、中图分类号：TP912文献标识码：A文章编号：1004—1699(2014)02—0252—05作为物联网的重要领域，在无线传感器网络研半个空间进行定位，但它不能实现对运动目标全空究中，被动声定位是一种利用声音目标信号来实现问定位的要求，而且其方位角、俯仰角以及测量距离定位的无源探测技术，由于其采用被动探测方式，不很大程度上受各阵元位置和有效声速的影响。立体辐射电磁波，因此具有很强的隐蔽性。被测目标即阵列可以对整个空间进行定位，五元阵列虽然可以使利用隐身和干扰的手段来隐蔽自己，但也会有发对全空间定位，但相对于四元平面阵列不能有效的出大量的噪声

6、，由于声波的主要能量集中在次声频提高定位精度。本文提出了一种六元正四棱锥形数段，因而绕射能力强、衰减慢，声音目标被动探测技学模型，并进行了误差分析。仿真结果表明，该模型术正是利用目标声源的这一特性实现目标的自动检可以对目标声源进行有效定位，并且定位误差小。测、识别、定位和跟踪¨J。1六元正四棱锥形数学模型的建立对于声音无线传感器网络定位系统，声音采集阵列设计是被动声定位中的一项关键技术。声音采对于六元正四棱锥形声音阵列建立如图1所示集阵列一般可分为线性阵列、平面阵列和立体阵列的笛卡尔坐标系，其中六个阵元、。、、、、等。线性阵列是对以阵列所在直

7、线为界的半个的坐标分别为(0，0，0)、(d／2，0，0)、(0，d／2，0)、平面进行定位。四元平面阵列是对整个平面进行目(一d／2，0，0)、(0，一d／2，0)、(0，0，d／2)。设声音目标标定位，同时也可对平面阵列的平面为界所划分的5为点声源，坐标为(，y，)，俯仰角为，方位角为，项目来源：国家自然科学基金项目(51075375)收稿日期：2013—08—16修改日期：2014—02—23第2期刘泳锐，刘文怡等：基于正四棱锥形六元声阵列被动定位的研究253S到六个点的距离分别为r0、r、r2、r。、r4、r。．s到达

8、tan∞=Mo

9、的时间为to；相对于的时延为，即S相对到达的时延为。，所以S到、M3、、的所以得到球面坐标为：n如时延为。、、r50。设声速均匀为c。：=====⋯(((((一s(