基于MATLAB的声源定位系统摘要 确定一个声源在空间中的位置是一项有广阔应用前景的有趣研究，将来可以广泛的应用于社会生产、生活的各个方面。 声源定位是通过测量物体发出的声音对物体定位，与使用声纳、雷达、无线通讯的定位方法不同，前者信源是普通的声音，是宽带信号，而后者信源是窄带信号。根据声音信号特点，人们提出了不同的声源定位算法，但由于信号质量、噪声和混响的存在，使得现有声源定位算法的定位精度较低。此外，已有的声源定位方法的运算量较大，难以实时处理。 关键词：传声器阵列；声源定位；Matlab
目录 第一章绪论 (1) 第二章声源定位系统的结构 (2) 第三章基于到达时间差的声源定位原理 (3) 第四章串口通信 (5) 第五章实验电路图设计 (8)
第六章总结 (16) 第七章参考文献 (17) 第一章绪论 1.1基于传声器阵列的定位方法简述 在无噪声、无混响的情况下，距离声源很近的高性能、高方向性的单传声器可以获得高质量的声源信号。但是，这要求声源和传声器之间的位置相对固定，如果声源位置改变，就必须人为地移动传声器。若声源在传声器的选择方向之外，则会引入大量的噪声，导致拾取信号的质量下降。而且，当传声器距离声源很远，或者存在一定程度的混响及干扰的情况下，也会使拾取信号的质量严重下降。为了解决单传声器系统的这些局限性，人们提出了用传声器阵列进行声音处理的方法。
传声器阵列是指由一定的几何结构排列而成的若干个传声器组成的阵列。相对于单个传声器而言具有更多优势，它能以电子瞄准的方式从所需要的声源方向提供高质量的声音信号，同时抑制其他的声音和环境噪声，具有很强的空间选择性，无须移动传声器就可对声源信号自动监测、定位和跟踪，如果算法设计精简得当，则系统可实现高速的实时跟踪定位。 传声器阵列的声音信号处理与传统的阵列信号处理主要有以下几种不同： （1）传统的阵列信号处理技术处理的信号一般为平稳或准平稳信号，相关函数可以通过时间相关来准确获得，而传声器阵列要处理的信号通常为短时平稳的声音信号，用时间平均来求得准确的相关函数比较困难。 （2）传统的阵列信号处理一般采用远场模型，而传声器阵列信号处理要根据不同的情况选择远场模型还是使用近场模型。近场模型和远场模型最主要的区别在于是否考虑传声器阵列各阵元因接收信号幅度衰减的不同所带来的影响，对于远场模型，信源到各阵元的距离差与整个传播距离相比非常小，可忽略不计，对于近场模型，信源到各阵元的距离差与整个传播距离相比较大，必须考虑各阵元接收信号的幅度差。 （3）在传统的阵列信号处理中，噪声一般为高斯噪声(包括白、色噪声)，与信源无关，在传声器阵列信号处理中噪声既有高斯噪声，也有非高斯噪声，这些噪声可能和信源无关，也可能相关。 由于上述阵列信号处理间的区别，给传声器阵列信号处理带来了极大的挑战。声波在传播过程中要发生幅度衰减，其幅度衰减因子与传播距离成正比，信源到传声器阵列各阵元的距离是不同的，因此声波波前到达各阵元时，幅度也是不同的。 另外，当声音信号在传播时，由于反射、衍射等原因，使到达传声器的声音信号的路径除了直达路径外还存在着多条其它路径，从而产生接收信号的幅度衰减、音质变差等不
GPS单点定位精度分析 摘要：GPS单点定位因其体积小灵敏度高等优势在旅游、测绘等众多领域得到了广泛的应用，但测量精度低是其进一步推广的瓶颈。本文对GPS单点定位时，误差经过多长时间才会稳定在一个较小的范围内进行了研究。 关键词：GPS单点定位；手持GPS接收机；等精度观测值的最或然值人们在GPS应用过程中，一般都会采用相对定位的作业方式，以便于通过组差消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差以及削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性比较强的误差影响，以达到提高精度的目的。这种作业方式不需要考虑复杂的误差模型，具有定位精度高、解算模型简单等优势，但也有不足之处，比如作业时必须有两台以上的接收机，其中至少需要一台放在已知站点上观测，这样就影响了作业效率，增加了作业的成本。除此之外，随着距离的增加，电离层延迟、对流层延迟等误差相关性减弱，这样只有延长观测的时间，才能达到预期的效果和精度。因此，许多研究人员已经开始对单点定位进行研究。 1数据采集 本次实验所采用的工具为GARMINlegend传奇手持GPS接收机。选择四周空旷，易于接收GPS的信号的实验场地，可以减少多路径误差的影响。 本次实验的时间选在5月11日、5月13日、5月15日、5月17日、5月19日这5天下午15：00-16：00，实验日期的天气都是晴天少云，有助于提高GPS定位的精度。特征点选取后，在五天内利用手持GPS接收机，每天下午15：00-16：00对特征点进行1小时的连续观测。 2数据处理 由于条件的限制，没能得到特征点的真实坐标，由此只能用数学方法以求出特征点的平均坐标，这里使用最或然值法求特征点的坐标，即把手持GPS 接收机测得的特征点的坐标依次记录，并算出特征点的这些测量结果的经度最或然值、纬度最或然值和海拔高度最或然值。 为更好的提高GPS单点定位的精度，可以采取外部数据的处理方法即定位数据后处理的方法来提高手持GPS的定位精度。手持GPS接收机定位时，每输出一次定位数据仅需一秒钟，因此在持续的连续测量时，就可以测得大量的GPS 定位数据，定位数据后处理正是依据大量的测量数据，利用数学方法对这些测量数据进行处理，用以提高GPS 的定位精度。我们采用的最或然值法是一种简便可行的方法。 （1）出N、E、H的坐标值随测量时间的变化图。由于数据变化都在后两位数，为了数据处理简便我们支取后两位数进行处理，最后再加上前面的数据(如N37°23.280′、E117°58.966′我们分别只取了80和66)。利用Excel将数据依测量
·28· 兵工自动化 Ordnance Industry Automation 2019-04 38(4) doi: 10.7690/bgzdh.2019.04.007 基于FDOA的无源定位算法研究现状与展望 李明哲1，李小将1，李志亮2 (1. 航天工程大学宇航科学与技术系，北京101416；2. 航天工程大学航天信息学院，北京101416) 摘要：为更好地解决在时间和方向测量精度低的情况下，仅利用到达频差(frequency difference of arrival，FDOA)进行定位求解的问题，对基于FDOA的无源定位算法现状和发展方向进行分析。在阐述FDOA无源定位基本原理的基础上，分析了定位问题的本质和定位算法的分类方法，结合基于定位观测量数据的定位算法和接收信号直接定位法的国内外研究现状，分析了FDOA无源定位算法存在的问题，指明了基于FDOA的定位算法的未来研究方向。该研究可为基于FDOA定位算法的研究提供参考依据。 关键词：FDOA；无源定位；定位算法；直接定位 中图分类号：TP302.7 文献标志码：A Research Status and Prospect of Passive Localization Methods Based on Frequency Difference of Arrival Li Mingzhe1, Li Xiaojiang1, Li Zhiliang2 (1. Department of Aerospace Science & Technology, Aerospace Engineering University, Beijing 101416, China; 2. School of Aerospace Information, Aerospace Engineering University, Beijing 101416, China) Abstract: In order to better solve the problem of passive localization using frequency difference of arrival (FDOA) only, in the case of low time and direction measurements precision, the research status and development direction of passive localization methods based on FDOA are analyzed. On the basis of expounding the basic principles of FDOA passive localization, the nature of localization problems and the classification of localization methods are analyzed. The problems in the localization methods using measurement data and the direct position determination methods using received signals are analyzed respectively, through the summary and comparison of research status at home and abroad, and the future research directions of the FDOA-based localization methods are pointed out. This study can provide reference for the research of passive localization methods based on FDOA. Keywords: FDOA; passive localization; localization method; direct position determination 0 引言 无源定位指侦察设备不向被探测目标发射无线电信号，只是通过接收电磁波信号对目标定位的一项技术[1]，一般可分为基于目标自身辐射信号的辐射源定位和基于第三方辐射信号的外辐射源定位。前者通过接收目标自身辐射的信号实现定位，后者通过外辐射源对目标进行照射，接收目标的散射信号，对目标实现定位[2]。文中定位特指获取目标的位置和速度信息。无源定位的主要侦察设备为无源雷达，相比有源雷达，它的主要优点是：1) 不需要主动发射脉冲，反侦察能力强，雷达本身的安全性较高；2) 只负责接收信号，可以全时工作，不受发射机静默周期的限制；3) 绝大多数的隐身技术和有源干扰技术针对有源雷达，减小目标在特定方向的雷达散射面积或信噪比，而无源雷达可以在对方不知道的情况下进行探测和定位，故其性能更加稳定； 4) 对于采用第三方辐射源方式的无源定位，即使在目标电磁静默的情况下仍可正常侦察[3]。综上所述，与传统有源定位相比，无源定位的方式更加安全且可以实现更好的定位效果。近年来，许多国家研制了无源定位系统，如捷克的VERA-E电子情报和无源空中监视系统、俄罗斯VEGA85V6-A三坐标无源定位系统、乌克兰“恺甲”空情监视定位系统、美国洛克希德·马丁公司研制的“沉默哨兵”被动探测系统、以色列的EL-L8300和EL-L8388无源定位系统、德国EADS防务电子公司的“FELS快速辐射源定位系统”等[4]。 无源定位从体制上可以分为基于到达角度的定位[5]、基于到达时差的定位[6]、基于到达频率的定位[7-8]和基于多种定位观测量[9]的联合定位。其中，基于到达频差(frequency difference of arrival，FDOA) 1 收稿日期：2018-12-16；修回日期：2019-01-14 基金项目：“高分专项”青年创新基金(GFZX04061502) 作者简介：李明哲(1990—)，男，黑龙江人，博士，从事运动目标无源定位系统研究。
关于无源定位技术的应用与发展的思考 高程 中国人民解放军第四三二八工厂军械光电车间，山西长治, 046011 摘要：无源探测与定位系统因其具有有效对抗电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身武器的优点（四抗）,日益受到各国武器装备研究机构的重视,并得到超常规发展和广泛应用，本文从分析无源定位装备及关键技术，阐述了无源定位体制与装备的发展趋势。 关键词：无源；定位技术；四抗 电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身武器已成为当今雷达面临的四大威胁，传统的有源雷达不仅很难完成预定的任务，而且自身的生存也成了紧迫的问题。被动探测系统本身不发射电磁波，完全是被动工作方式，受到各国的广泛重视。其优点在于工作时本身不发射电磁能量，具有良好的隐蔽性，能有效地抵抗反辐射导弹和反侦察定位系统，生命力强，适应环境快。无源定位技术与收发分置的双基或多基雷达系统类似，且工作在甚高频和超高频，因此能更有效地对隐身目标进行探测定位。无源雷达系统自身不发射信号，省去了昂贵的高功率发射机和收发开关及相关电子设备，使系统制造和维护成本大幅降低。外辐射源的天线都设置在贴近地面的高处，因此对低空飞行的飞机和巡航导弹有利，具有良好的抗低空突防性能。 1、无源定位技术概述 无源探测定位系统本身并不携带辐射源，只接收、处理包含目标位置、运动状态的信号进行目标探测和定位。从信号的形式上进行分类，可将各种无源探测定位系统分为基于可见光波、红外波、紫外波、声波和电磁波等信号的无源探测定位系统。很多现有装备中采用多种技术手段相配合的方案，无源定位装备体系结构与光波、声波等信号形式相比，电磁波具有穿透能力强、受环境影响小和作用距离远等优势，成为无源定位系统普遍采用的重要信号形式。根据电磁波信号的来源不同可将无源定位系统分为利用非协作外辐射源信号和利用目标辐射源信号两大类。利用非协作外辐射源的无源定位系统是利用非协作外辐射源的无源定位系统，指无源定位系统不是接收目标辐射源辐射的信号，而是接收目标以外的辐射源辐射的信号及经过待定位目标散射后的信号进行探测和定位。非协作外辐射源信号包括广播电台、电视台、通信台站、直接广播系统等民用辐射源，民用辐射源具有工作频率低、覆盖范围广、低空无盲区和发射功率大等特点。所以利用非协作外辐射源信号的无源定位系统具有较好的反隐身性能和低空探测性能，利用目标辐射源的无源定位系统是通过截获处理待定位目标自身携带的信号辐射源所辐射的来波信号进行定位。 2、无源定位技术体制与装备现状 无源探测定位系统在电子对抗领域应用较早，目前无源定位体制与装备主要有多基地无源定位体制与装备、多站无源定位体制与装备、单站无源定位体制与装备和网络化无源定位体制与装备等。多基地无源定位技术体制与装备多基地无源定位通过比较直射信号、目标反射信号来探测目标并测定其坐标及运动参数。为适应网络中心战的作战要求，网络化无源定位在每个观测平台都能实现单站无源快速、高精度定位的基础上，利用网络技术和数据融合技术，将多个平台的单站无源定位系统组网，通过战术目标瞄准网络技术网络及相应的软件和算法，实现多个平台的组网无源定位。在网络中心战的作战环境中，单站无源定位系统既可单独对目标辐射源进行定位和跟踪，还可在网络的支持下，成为多站无源定位系统的一个传感器单元[1]。国外几种典型无源探测系统，捷克研制的TAMARA-B无源探测系统，主要用于对空中、海上及陆地目标定位和目标信号特性检测，可作为预警探测系统和侦察系统。塔马拉系统由三个测量站，中心站、左站及右站组成，通过测量到达时间差对目标进行二维定位。EL/L8300G电子支援系统，以色列研制的地基被动式电子支援系统，用于对空监视和空
无源定位 雷达(RADAR)是无线电探测和定位这一英语字缩写后的音译。自雷达诞生以来，其技术有了长足的发展，它所能探测的目标的距离可以远至数千km以外，等效反射面积可以小于10-2m2，它对距离的测量精度可以优于1m。近期发展的雷达成像技术，对目标的分辨率已经做到只有几英寸。雷达探测目标所耗费的时间，也多在秒以下的数量级上。所有这些技术指标，都还在不断地提高。当利用电磁信号获取目标的位置信息时，总是首先想到雷达。雷达探测目标，有一点是共同的，那就是要先发射一个电磁信号，雷达实际探测的是目标对这个信号的反射回波。当人们用仿生学来研究时，雷达对目标定位就如同蝙蝠对目标的探测一样。大部分生物用眼睛对周围环境的目标定位，利用的是目标对外界的辐射，眼睛本身没有辐射信号。从这个意义上讲，利用电磁波对目标进行定位，也应该是可以不必故意发射信号的。这就是我们最早对无源定位的理解。. 实际上，如果仅从定位站本身没有辐射电磁波这一点来定义无源定位，那它可能包括的范围太广了。它可以是对外界目标的定位，也可以是对定位站自身的定位。可以说，所有的导航系统，包括现在具有广泛应用的全球定位系统，就是这后一种定位系统。在本书范围内，我们并不研究这一类的无源定位。对非定位站的目标的定位，按其机理的重大差异，至少可以分成三大类。第一类是目标发射信号，而且是被系统设计好的信号，也就是说，目标是定位的配合者，不妨把它叫做对配合目标的跟踪。显然，信号的设计和接收，有时还包括定时，在这一类中具有特别的意义，是它区别于其它类的主要点。第二类是目标发射非配合的信号，比如说，目标本身是一个雷达，它在工作时不停地发射信号，或者说，目标是一部电台，它在工作时也主动地发射信号，但是，它们都不是为了定位站而发射信号的。本书主要研究的是进行这一类定位的系统。第三类是目标并不有意地发射信号，只是无意地反射了其它辐射源照射到它的信号。由于信号反正不是定位站发射的，也不是配合的，这一类定位在原则上与第二类是相仿的。但是，与第二类相比，由于目标仅仅是反射信号，侦察定位站可能接收的信号强度将小得多。在这样的特定条件下，怎样接收信号并进行正常的定位，是其重要的特点，本书也将进行探讨。除去导航和跟踪，无源定位首先应用在电子对抗领域内，通过侦察接收机，截获雷达或通信等辐射源发出的电磁信号，用来确定这些辐射源及其平台的位置。电子对抗是敌对双方充分利用与电磁波有关的活动争取战争胜利的对抗行动。随着电子技术的迅速发展，电子对抗在战争中的作用日益加强，最近十几年发生的局部战争，已经充分地说明了电子对抗在现代战争中具有特殊的重要意义。可以肯定地说，在现代战争中电子对抗实力强的一方，总是占有主动权的一方。正是由于电子对抗在现代战争中的重要性，电子对抗技术作为一门新兴学科正在迅速成长。在电子对抗技术发展的初期，主要力量放在简单的侦察设备和干扰设备单机的开发、制造，并很快进行生产和装备。作为一个系统，无源定位在初期还没有来得及提到议事日程上来。然而，随着技术的进步，大量的无源定位活动已经开展，各种研究需要总结。人们通过电子侦察获取对方电磁辐射源的大量技术参数，而位置信息本来就是最重要的信息之一。在初期，人们仅仅使用单机侦察目标辐射源的方位，把多个单机在大致相同的时间上，或者一个单机在运动过程中的不同时间上，所获取的同一个目标的方位，绘制在同一张地图上，通过交叉，就得到了目标的位置。这样原始的技术显然需要升华。另外，作为对目标定位最有力的武器的雷达，也面临着越来越有威胁的对抗，这主要包括各种干扰和反辐射导弹的攻击。雷达只要工作，就需要发射信号，就可能受到威胁。无源定位无疑是雷达的一个极好的补充，由于它不发射信号，就不容易受到干扰和攻击，甚至没有使敌对方察觉定位系统正在工作。