基于到达时间差（TDOA）技术的振动平面定位算法研究

论文摘要

本文主要是采用声发射技术对振动源进行坐标定位,通过声发射源到达传感器的时间差这种无源定位方法来实现振动源的定位。将传统的声发射技术与无源定位相结合,通过大量实验来验证这种方法的有效性。主要工作研究了常用时延估计方法,由于相关分析方法计算量较小,硬件实现的配置要求较低,运算简捷、速度快,便于实现实时处理,采用这种方法进行时延估计设计。在声发射源定位算法中,推导出二维平面和三维空间下声发射源定位的算法公式,讨论了二维平面定位精度与传感器几何位置的关系,并对三维空间时差定位精度进行了分析,最后提出了一些消除时差定位模糊的方法。然后设计一款基于Atmega16为基础的声发射定位系统包括声发射传感器前置放大电路、单稳态触发器电路以及单片机电路。最后结合时差定位算法的研究,文章最后给出了一个实际的二维平面单声源定位系统,用硬件实现来验证算法可行性和技术性能。系统利用多个声音传感器和AVR单片机实现区域内的声源定位。实验结果表明,系统计算速度快,运算量少,误差小,能够比较精确的完成对于单声源的定位。最后通过实验总结进行了误差的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 声发射源定位基本原理
• 2.1 声发射源定位的方法
• 2.1.1 基于可控波束形成器的声发射源定位
• 2.1.2 基于高分辨率谱估计的声发射源定位
• 2.1.3 基于声压幅度比的声发射源定位
• 2.1.4 基于到达时间差的声发射源定位
• 2.2 时延估计
• 2.2.1 时延估计的基本介绍
• 2.2.2 基于相关分析的时延估计算法
• 2.2.3 基于相位数据的时延估计算法
• 2.2.4 基于自适应滤波的时延估计算法
• 2.2.5 基于高阶谱的时延估计算法
• 2.2.6 几种时延估计方法的比较
• 2.3 本章小结
• 第3章 到达时间差定位技术原理
• 3.1 时差定位算法
• 3.1.1 时差定位基本算法原理
• 3.1.2 Taylor 级数展开法
• 3.1.3 直接法
• 3.2 二维平面时差定位及精度分析
• 3.2.1 定位方法
• 3.2.2 定位精度分析
• 3.3 三维空间时差定位及精度分析
• 3.3.1 定位方法
• 3.3.2 定位精度分析
• 3.4 定位模糊消除
• 3.5 本章小结
• 第4章 声发射定位实验系统设计与实现
• 4.1 系统硬件设计
• 4.1.1 处理器的选择与设计
• 4.1.2 声发射传感器的特性及选择
• 4.1.3 驻极体传感器前置放大器设计
• 4.1.4 单稳态触发器的设计
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 程序运行环境介绍
• 4.2.2 系统初始化与设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 实验场景设计及其布置
• 5.2 信号的采集
• 5.3 实验数据的验证
• 5.4 误差分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract