基于四传感器方阵的地震动目标方位角估计.pdf

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1、42传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第l2期DOI：10．13873／J．1000-9787(2014)12-0042--03基于四传感器方阵的地震动目标方位角估计谢逍，董大伟，华春蓉，闫兵(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)摘要：针对地震动目标定位中的信号传播速度不确定性问题，提出了基于到达时间差的四传感器方阵目标方位角估计方法。从理论上推导出四传感器方阵下的目标方位角估计带边界及其最大带宽值，证明了信号传播速

2、度与目标方位角估计之间的弱相关性。根据仿真计算深入探讨了信号传播速度和时延测量误差对目标方位角估计精度的影响。外场实验结果证明：这一方法的地震动目标方位角平均估计误差小于采用三轴地震动传感器的方法，具有一定的实用价值。关键词：目标方位角估计；地震动信号；传播速度；四传感器方阵中图分类号：TN971文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)12-0042-03f_’■●●·-l-·●·‘11eismlcmovingtargetDearingestimati0nDaSec10nfour-sen

3、sorsquarearrayXIEXiao，DONGDa—wei，HUAChun—rong，YANBing(SchoolofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：Anewapproachinmovingtargetbearingestimationbasedontimedifferencesofarrivalofseismicsignalsreceivedatafour—sensor

4、squarearrayisproposed．Theweakcorelationbetweenpropagationspeedofsignalsandbeatingestimationundersuchsensorlayoutisexploitedintheory，simpleandexplicitexpressionsofbearingmarginsaswellasthemaximumbearingestimationbandrangearededuced．Influenceofsignalpropa

5、gationspeedandtimedelaymeasurementerrorsonprecisionofbearingestimationisdiscussedaccordingtosimulationcomputation．ItiseventuallydemonstratedthroughfieldexperimentthatthistechniquehasasmallerbearingestimationelTorthanthecommonlyusedthree—axisgeophonesand

6、ithascertainapplicationvalue．Keywords：targetbearingestimation；seismicmovingsignal；propagationspeed；four—sensorsquarearray0引言边区定位误差较大和现实信号环境中存在干扰信号和噪声无人值守地面传感器(unattendedgroundsensor，UGS)等问题，文献[4—6]分别提出了改进的时延测向算法；文系统作为地面目标侦察的一项关键技术在近些年来得到了献[7]则推导了四传感器阵列的

7、定向算法和最佳阵列布迅速发展，并被广泛运用于军事和商用各领域。地震动传局。然而这些研究对于地震动信号传播速度的不确定性问感器是其重要组成部分，具有抗电磁能力强、能耗和成本相题却没有涉及。另一方面，文献[8—1O]分别通过建立带有对较低等优势，因此，重点参与了地面目标检测和识别分类主动参数校正的地震动信号传播模型和寻找在超定系统中的功能实现，然而通过地震动传感器进行精确的目标实时最小二乘解的方法估计信号传播速度，但计算开销较大且定位一直是研究难题。估计结果不够精确。文献[11—13]尝试采用三轴地震动传

8、在众多的目标定位方法中，基于到达时间差(time感器在信号传播速度未知的情况下进行目标方位角估计，differenceofarrival，TDOA)或时延的测向定位技术因其而实验结果显示其平均角度估计误差达到了20。。抗干扰能力强，定位精度较高和设备要求简单等特点而成本文提出了一种基于四传感器方阵的时延测向定位方为了目前的研究热点。其基本原理是利用多个传感器测量法，能够在信号传播速度不定情况下准确估计目标方位角，信号时延，并联合信号传播速度对目标方位角进