專利名稱：一種非迭代的聯(lián)合求解速度和目標(biāo)位置的聲發(fā)射定位算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲發(fā)射檢測(cè)中使用的平面定位算法。
背景技術(shù)：
定位技術(shù)在聲發(fā)射檢測(cè)中具有非常重要的作用，它不僅是探測(cè)聲發(fā)射源位置的手段，也常常被用作去除聲發(fā)射干擾信號(hào)的重要方法。短時(shí)突發(fā)信號(hào)是聲發(fā)射中最常見(jiàn)的信號(hào)，其精確定位問(wèn)題一直受到人們的關(guān)注，相關(guān)研究開(kāi)展也很多。2002年沈功田等對(duì)常用的聲發(fā)射定位方法進(jìn)行了總結(jié)，2003年GE MA0CHEN在總結(jié)地震波定位方法的基礎(chǔ)上也提出了分類方法。時(shí)差定位算法是應(yīng)用最多的，它可以分成兩大類非迭代算法和迭代算法。非迭代算法(直接求解法)的典型代表是TOBIAS算法、INGLADA算法和USBM算法。迭代算法則有采用一階、二階泰勒展開(kāi)式的GEIGER算法、THURBER算法以及應(yīng)用幾何方法的SIMPLEX 算法等。使用這些方法都有共同的前提條件，那就是速度同一且已知。而根據(jù)聲波的有關(guān)理論，聲發(fā)射信號(hào)由多種模式組成，各種模式的波在不同頻段會(huì)出現(xiàn)頻散現(xiàn)象，即傳播速度隨頻率變化而變化。在一些在聲發(fā)射源類型眾多或聲發(fā)射信號(hào)復(fù)雜的檢測(cè)應(yīng)用中，不同聲發(fā)射源有不同的傳播速度，同種原因的聲發(fā)射源信號(hào)也有不同的聲發(fā)射頻率特征，其傳播速度也不一致，因此無(wú)法采用事先確定的速度來(lái)進(jìn)行定位計(jì)算，往往需要在定位時(shí)同時(shí)求解速度和目標(biāo)位置。目前，關(guān)于目標(biāo)位置和速度聯(lián)合求解的算法，但見(jiàn)諸文獻(xiàn)的基本上都屬于迭代算法。迭代算法對(duì)初值的設(shè)置有依賴性，在多解的情況下不一定能找到最佳解。因此本文提出一種直接求解傳播速度和目標(biāo)位置的算法，運(yùn)算速度比迭代算法快，還可以獲得完全的解。

發(fā)明內(nèi)容
定位問(wèn)題描述為(參見(jiàn)圖I) :AE源極坐標(biāo)為P (R,q);共m個(gè)傳感器，首傳感器坐標(biāo)為(0，0)，第i-Ι個(gè)傳感器相對(duì)首傳感器的極坐標(biāo)為Si (ri, qi)，信號(hào)到達(dá)第i_l個(gè)傳感器與到達(dá)首傳感器的時(shí)間差為ti，求解傳播速度V和R，q。
(1)根據(jù)TOBIAS算法，構(gòu)成的方程組為
Hvtl + vHM IRrtCQsqiCosq + IRrjmqjmq = ^
(2)移項(xiàng)，并化成矩陣形式得
權(quán)利要求
1. 一種非迭代的聯(lián)合求解速度和目標(biāo)位置的定位算法，定位描述及求解步驟如下 定位問(wèn)題描述(參見(jiàn)

圖1):AE源極坐標(biāo)為P (R，q);共m個(gè)傳感器，首傳感器坐標(biāo)為(0， 0)，第i-1個(gè)傳感器相對(duì)首傳感器的極坐標(biāo)為Si(ri，qi)，信號(hào)到達(dá)第i_l個(gè)傳感器與到達(dá) 首傳感器的時(shí)間差為ti，求解傳播速度V和R，q ;(1)根據(jù)TOBIAS算法，構(gòu)成的方程組為Ifivi + r-r;* + IiriCosqlCmq + 2Rr.SinqiSinq = rr i = 1.2,,m- I(2)移項(xiàng)，并化成矩陣形式得,2Ru IRcosq \2RsinqT1CQSq* % cosq^n Sinqfi -T^ sinq ^s-L-r i-l rm-l1.或者T1Cosq 由V2Cosq-_1COSCj7n_nsinq, ' r,sinq2其中i- 2 ぷ沈 m-1 -為聯(lián)合定位矩陣(3)當(dāng)m=4時(shí)，解線性方程組得到ダ 2J t、IRcosqA-A-V m-當(dāng)m > 4時(shí)，線性方程組的最小ニ乘解為,IRv \ IRcosq ^lRsinQ ^其中3 :Rv, Rccsq, Rslnrl fev:+ ,At 為 A 的轉(zhuǎn)置矩陣(4)根據(jù)四個(gè)變量之間存在的的自然約束條件(lh*): = ((Icoscj: + {Rsmqf) * r代入Rv' Rcosq、Rsiwi,并化成標(biāo)準(zhǔn)的一元三次方程式BI其中
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非迭代的聯(lián)合求解速度和目標(biāo)位置的定位算法，可用于傳播速度未知條件下的聲發(fā)射目標(biāo)定位。本方法基于TOBIAS算法，根據(jù)已知的傳感器位置和測(cè)得的波達(dá)時(shí)差，構(gòu)成非線性定位方程組，然后將其變換成一個(gè)線性方程組，再用一元三次方程直接計(jì)算出傳播速度，并獲得定位結(jié)果。本方法適用于二維平面的聲發(fā)射定位求解，最少需要布置4個(gè)傳感器，當(dāng)傳感器數(shù)量超過(guò)4個(gè)時(shí)，也可采用最小二乘算法提高求解精度。
文檔編號(hào)G01S5/22GK102590790SQ20121006339
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者劉麗川, 張清民, 方衛(wèi)紅, 楊繼平, 汪麗娟, 稅愛(ài)社, 鄔曉嵐 申請(qǐng)人:方衛(wèi)紅