作者 刘敏 雷鸣 西安工业大学 电子信息工程学院(陕西 西安 710021)
*基金项目：陕西省科技计划项目(编号：2015GY018);本效果受西安工业大学科研立异团队建造计划赞助
刘敏(1987-)，女，硕士，助工，研讨方向：动态测验及控制工程;雷鸣，男，硕士，副教授，研讨方向：通讯工程。
摘要：针对四元十字阵声定位算法精度易受勘探方针方位角影响的问题，提出选用依据五元十字阵被迫声定位算法。依据实验测验特色，研讨了五元十字阵勘探阵元间的空间联系及TDOA被迫声定位算法的特色，树立改善的五元十字阵被迫声勘探模型。使用微分法从炸点方位角和勘探阵元间隔两方面剖析体系测量差错。经仿真剖析和实验验证了炸点方位角只要在与X轴成1.5rad时对方针的定位差错影响较大，以及炸点定位差错跟着勘探阵元间隔的增大而减小，对空中炸点被迫声定位的实践工程使用具有重要的理论辅导意义。
导言
信息化作战是集海、路、空及电磁技能四维一体的战役形式，近年来，选用声学勘探技能引起了很大的注重，特别被迫声定位技能在靶场测验、水下声勘探等方面得到广泛使用。声勘探元件的规划是声定位办法的关键技能，文献[2]中研讨了依据平面三基阵的炸点定位算法，提出了立体五元十字声定位算法模型，并对其进行了定位差错剖析;文献[2]、[3]、[4]和[7]研讨了五元十字被迫声定位的特色，从定位体系不同的勘探参数剖析了五元十字阵的定位精度问题，并相应地提出了改善计划。结果表明：五元十字阵被迫声定位办法不能准确地勘探方针相对于声阵列的参阅方向，且方位角对声定位的精度影响很大，不利于辅导实践工程使用。
为了改善这一问题，可经过添加声勘探元件来确认炸点的正确方位，本文在根本五元十字阵的基础上，提出了一种改善的五元十字声定位模型，即在Z轴方向上添加一个声勘探元件，提高了方针定位的精度。经过仿真剖析，清晰给出了方位角在1.5rad时对定位精度的影响最大。该办法对五元十字阵声定位的实践工程使用供给了重要的理论依据。
1 改善的五元十字阵声定位算法
1.1 平面短基线三点阵声定位算法
在近地炸点声定位体系中，选用平面短基线三点阵对空间方针进行定位，该办法处理了空间立体阵列布阵困难和核算量大的问题。依据短基线三点阵平面方针定位体系结构原理如图1所示。
图中P点代表空中炸点的方位，设其坐标为(x，y)，A、B、C别离表明三个声学传感器的布站方位，且三个传感器之间的间隔均为d。以第B点声传感器所在方位作为体系的坐标原点，树立坐标系，则三个传感器的坐标别离为(-d，0)、(0，0)、(d，0)。设爆破点P到三个传感器之间的间隔别离为l、m、n，依据TDOA被迫声定位算法原理及图1中各传感器之间的几许联系可得：
由方程组(2)、(3)可得：
(4)
1.2 改善的五元十字阵定位算法
经过对平面短基线三点阵声定位算法的剖析，可看出该算法是实践可行的，但该办法只能够定位二维平面上的声学方针，因而，为了能够检测声学方针的三维坐标，本文提出了一种改善的五元十字声定位模型，其模型结构如图2所示。
以传感器0的方位作为坐标原点，别的五个传感器均坐落坐标轴上。各传感器到坐标原点的间隔均为d，即六个传感器的坐标别离为：(0，0，0)、(d，0，0)、(0，d，0)、(-d，0，0)、(0，-d，0)、(0，0，d)。设空中炸点距每个勘探器的间隔为R，将三维立体空间转换成两个相交的平面，从而得出声学方针的三维坐标。依据传感器之间的几许联系以及TDOA定位算法原理，可得如下方程组：
(6)
依据改善的五元十字阵定位模型布站方法，设t为炸点从P点到坐标原点所用的时刻，t10、t20、t03、t04、t05别离为声波到传感器1-0、2-0、0-3、0-4和0-5所用时刻之差，c为声速，则表达式(6)可化简为：
(7)
依据平面三点阵算法的特色，将此改善的五元十字阵声学定位模型转化成两个相交平面三点阵，即XOP平面和YOP平面，别离构成103和402两个平面三点阵。设炸点P在XOP平面上的方位角为
，在YOP平面上的方位角为
，由以上的推导公式可得炸点的x，y坐标：
由改善的五元十字阵几许联系可得炸点的z坐标为：
(10)
由式(10)能够看出，在求解炸点空间坐标z时，无法有效地完成准确的定位，即无法确认炸点坐落传感器阵列的上方仍是下方。为了处理上述问题，在Z轴正上方添加一个传感器5，依据传感器0与传感器5之间的时刻差，确认声学方针的详细方位。当t05>0时，炸点在该平面上方，z取正值;当t05<0时，炸点在该平面下方，z取负值。
