基于广域传感器网络的次声源定位关键技术研究

论文摘要

由于次声具有频率低、波长长、传播距离远、能量衰减小等特点,近年来基于广域传感器网络的次声源监测系统成为研究热点。本论文就其中的次声源定位问题所涉及的关键技术进行了系统的研究。基于广域传感器网络的次声源定位问题所涉及的主要关键技术有多阵、多算法相结合技术、采集设备精度、智能化以及传输多样性的技术,数据自动入库及图形界面显示技术等。本论文针对这些关键技术展开的主要研究工作如下：首先,本文讨论了诸多影响定位的因素,简单介绍了声源定位的几种常用方法,并讨论了它们的各自特点。针对时延估计无法对多目标进行定位,波束形成容易出现虚源等问题,提出了多阵、多算法相结合的解决方案。即：基阵采用波束形成方法完成定向,大阵则使用时延估计进行定距。接着本文主要针对预布设子阵进行了理论分析和实验仿真,结果表明：该预布设子阵能够较好对多个次声源进行定向。然后本论文提出了基阵系统的总体设计方案以及设计原则,在基阵硬件设计上,设计了信号调理模块、ADC模块和通讯模块,提高了采样精度和采样速率,增加了布设的灵活性。在基阵系统软件设计上,本论文使用workbench进行数据库开发,采用Qt环境下的C++编程技术,同时结合Qt类库和相应的Qwt扩展类库,实现了数据自动入库和图形界面显示功能,使界面美观、友好以及人性化,且提高了数据提取显示效率。最后对搭建好的基阵系统进行实验室调试和实际布设,总结出了在布设过程中需要注意的问题,并归纳出相应解决方法。本论文研究成果使布设子阵更加完善、更符合实际要求,对后期其他子阵以及最终大阵的布设都具有较大的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及章节安排
• 2. 次声源定位相关声学理论
• 2.1 引言
• 2.2 声源类型和传播模型
• 2.3 次声波在大气中的传播特性
• 2.4 影响次声波在大气中传播的因素
• 2.5 影响次声源识别的因素
• 2.6 本章小结
• 3. 次声源定位相关算法理论
• 3.1 引言
• 3.2 基于时延估计的声源定位算法
• 3.3 基于波束形成器的声源定位算法
• 3.4 基于高分辨率谱估计的声源定位算法
• 3.5 声源定位各算法特点
• 3.6 多阵、多算法相结合的被动定位算法
• 3.7 本章小结
• 4. 仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 仿真条件
• 4.3 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 5. 基于广域次声传感器网络的基阵系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 系统总体设计
• 5.3 系统硬件平台的设计与实现
• 5.4 系统软件平台的设计与实现
• 5.5 系统涉及关键技术
• 5.6 本章小结
• 6. 系统测试与结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验室布设
• 6.3 实际布设
• 6.4 本章小结
• 7. 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的成果