狙击手声学定位系统试验样机研制

摘要

现代战争中，狙击手的存在对士兵的安全产生了非常严重的威胁。在维和、维稳等各项军事行动中，狙击手定位已经成为保护士兵不受敌方狙击手威胁的基本任务。为了准确、及时、快速地发现并歼灭敌方狙击手，形形色色的反狙击手系统就应运而生了。狙击手声学探测系统作为一种目前价格最低廉、定位准确的狙击手定位系统，已经被很多国家开发研制并且广泛地推广使用。
　　本文研制了一种可以实时探测狙击手开枪位置的狙击手声学定位系统试验样机。首先对步枪射击时产生的两种声学物理特征（弹道冲击波和枪口爆炸波）进行了分析，并依此设计了目标测距算法和空间任意四元阵被动测向算法。硬件系统采用模块化设计，详细描述信号调理器设计、DSP信号处理电路设计、姿态方位仪模块与WIFI模块接口设计和系统电源管理等，并且完成系统的PCB设计制作和各模块的调试。系统以TMS320F28335为信号处理核心，信号经由驻极体传声器到信号调理器电路进行放大滤波后，进入 A/D采集器，将采集到的信号送入 DSP进行信号检测与识别和目标定位解算，姿态方位仪模块将提供当前麦克风阵列的姿态和方位信息，以供系统解算目标在大地坐标的下的方位信息，最后将结算结果通过WIFI模块传送至Android手机显示平台。系统采用可折叠式的阵列结构，内置锂离子电池供电，优化系统各模块的供电结构，实现了系统低功耗、高集成化和便携化。设计选用已经广泛使用的Android手机作为系统的可视化显示平台，并开发了相应的Android手机显示软件。
　　最后，对定位系统进行了整体外场测试。在外场环境比较恶劣的情况下，系统在不同的阵列摆放角度下，测量方位角的均方差不超过5°；在300m范围内的不同距离上，系统的测向均方差也不超过5°，证明了定位系统具有较高的定位精度和很好的稳定性。

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第1章 绪论

1.1 论文背景

1.2 狙击手声学定位技术发展现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 狙击手声学定位系统原理与算法实现

2.1 枪声声学物理特征分析

2.2 基于弹道冲击波和枪口爆炸波到达时间差的测距算法

2.3 基于四元立体阵的被动声测向算法

2.4 信号检测与识别

2.5 互相关时延估计方法

2.6 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 系统总体结构

3.2 硬件系统设计

3.3 本章小结

第4章 定位系统软件设计

4.1 定位系统软件设计总体架构

4.2 定位系统控制软件设计

4.3 定位系统Android平台显示软件设计

4.4 本章小结

第5章 系统测试及实验分析

5.1 系统各模块测试

5.2 外场试验及试验结果分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录