【正文】 ].北京：電子工業(yè)出版社，2022:183187.[8] 張冠武. 低空目標(biāo)定向方法研究[D]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)，2022：[9] [D]. 北京：北京郵電大學(xué)，2022：[10] 張明瀚. 基于時延估計的聲源定位系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2022：[11] 張麗麗. 時間延遲估計的自適應(yīng)算法研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2022：[12] 任曉峰. 被動聲定位系統(tǒng)算法及計算機仿真[D].沈陽：東北大學(xué)，2022：[13] Simon Haykin,”Adaptive Filter Theory”, Prenticehall,2022[14] and , Adaptive Filters,Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1985.[15] . Reed, . Feintuch, N. J. Bershad. Time delay estimation using the LMS adaptive filterstatic behavior. IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, 2022 ,:561571.致謝本論文的研究工作是在我的指導(dǎo)老師侯教授的精心指導(dǎo)下完成的，感謝老師在論文的選題以及論文寫作過程中給予我的極大關(guān)心和悉心指導(dǎo)。清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文39最后，謹(jǐn)向百忙之中抽出寶貴時間評審本論文和參加論文答辯的各位專家致以最誠摯的謝意！。從他那里，我不僅學(xué)習(xí)到了許多知識，更重要的是，我學(xué)到了一種精益求精的治學(xué)精神。估計權(quán)矢量39。) 。)figure%作圖plot(w,39。xlabel(39。 )axis([0 N 3 3])figure%作圖semilogy(abs(e)) 。)legend(39。xlabel(39。r39。%步長因子w=w+mu*u*e(n)。%u的矩陣y(n)=w39。w=zeros(sysorder,1) 。%時延時間所對應(yīng)的采樣點數(shù)M=N+delay。%抽頭數(shù)k=1:N。[THETA1,PHI1,R1]=cart2sph(X1,Y1,Z1)。C=eval(abs())。)。,...清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文35 39。,39。tao32=double(tao3)。Y=eval()。t0,x,y,z39。(x+D/2)^2+y^2+z^2=(C*t0+C*tao13)^239。(xD/2)^2+y^2+z^2=(C*t0)^239。tao12=t2t1。t1=sqrt((xD/2)^2+y^2+z^2)/C。y=60。由于時間和能力的限制，目前所做的工作是十分有限的，對于未來的發(fā)展，尚有許多問題需要進一步地探討和研究。首先，介紹了作為定位陣列的平面四元十字陣，并列出了目標(biāo)定位方程，然后，通過比較選擇了自適應(yīng)算法作為時延估計算法，并描述了 LMS 算法及其特點。仿真結(jié)果表明，選用的平面四元十字陣列在很大程度上限制了定位的準(zhǔn)確性和快速性。 估計結(jié)果 將估計時延值帶入定位方程組得X =Y =Z =可見，此時精度不太理想，故可以在陣元間時延值精確到小數(shù)點后 9 位，采樣頻率位1GHz 的情況下再次進行仿真，由于過程與之前所述類似，本文不再重復(fù)。故本文將采用 ???????作為步長因子。將 P 點坐標(biāo)代入方程組后，在將所得到的時延值精確到小數(shù)點后 7 位，結(jié)果為104，所對應(yīng)的采樣點數(shù)為 1406,14021,15420。保持 P 點縱坐標(biāo)和豎坐標(biāo)的值不變，橫坐標(biāo)分別取值 10,20,30,40,50,70，再對其進行如上的偏差計算，結(jié)果如圖 所示清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文28(a)(b)清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文29(c)圖 不同 x 對應(yīng)的偏差圖 中(a) 、(b) 、 (c)分別為不同橫坐標(biāo)下，對應(yīng)的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo)與其精確值的偏差。其結(jié)果如圖 所示(a)清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文27(b)(c)圖 誤差和采樣頻率的關(guān)系圖 中(a) 、(b)、 (c)分別是采樣頻率為 106~1010Hz 時所得到的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo)與 P 點三個坐標(biāo)值的偏差。采樣頻率過低，計算量較小，相應(yīng)計算時間較短，但計算誤差較大；采樣頻率過高，能夠更準(zhǔn)確地反映出原信號的特征，從而達(dá)到較高的精確度，然而，與之相對應(yīng)的計算量也會較大，計算時間較長，不利于及時獲取信息。本章將用MATLAB 軟件實現(xiàn)對聲波信號的仿真處理。首先，介紹了作為定位陣列的平面四元十字陣，并列出了目標(biāo)定位方程，然后，通過比較選擇了自適應(yīng)算法作為時延估計算法，并描述了 LMS 算法及其特點。這說明時域 LMS39。3. 在迭代過程中由于輸入信號功率的動態(tài)變化會產(chǎn)生梯度噪聲放大問題。5. 計算復(fù)雜度低，多用于線性時不變系統(tǒng)。 LMS 算法的優(yōu)缺點LMS 算法作為最早出現(xiàn)且如今在許多領(lǐng)域都廣泛使用的自適應(yīng)濾波算法，它具有清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文24如下的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1. 它不需要矩陣求逆就可以求解維納方程，另外它還不需要知道輸入信號的自相關(guān)矩陣以及輸入信號和期望信號的互相關(guān)矩陣。對于 LMS 隨機梯度算法來說，在理想情況下，當(dāng)輸入信號是白噪聲時，自相關(guān)矩陣 R 的所有特征值均相同，這時 LMS 算法收斂速度最快。4. 特征值分散度學(xué)習(xí)曲線迭代時間常數(shù)的分散度是由輸入過程自協(xié)方差矩陣 R 特征值的分散度(即)來決定的。由此可見，對于濾清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文23波階數(shù)的選取也不能過大或過小，我們要尋求最合適的值以獲得最佳濾波性能。對于相同的輸入來說，濾波器階數(shù)越低，計算復(fù)雜度越低，自相關(guān)矩陣的最大特征值越小，自相關(guān)矩陣的跡就會變小，進而步長因子的取值范圍就會變大，濾波器的收斂速度會變快，穩(wěn)態(tài)失調(diào)也會降低，同時系統(tǒng)也會比較穩(wěn)定。 ?的選取對自適應(yīng)濾波器的收斂速度以及穩(wěn)態(tài)失調(diào)都會產(chǎn)生直接的影響，聲與學(xué)習(xí)曲線迭代時間 ?mse 成反比， ?越大， ?mse 越小，自適應(yīng)濾波器的收斂速度就越快，相反 ?越小， ?mse 越大，自適應(yīng)濾波器的收斂速度就越慢。然而它們之間有時是相互矛盾的，比如收斂速度與穩(wěn)態(tài)失調(diào)之間是成反比的，且其它性能指標(biāo)的改進通常是以增加計算復(fù)雜度為代價的。 找到此時權(quán)矢量 wopt 峰值對應(yīng)的 m，就得到估計的延時。自適應(yīng)濾波器的作用是在自適應(yīng)迭代過程中，逐漸實現(xiàn)對相移濾波器 hu (n)的模擬，并由輸入信號 x1(n)將其中的 u(n)加工成 。語音信號 u(n?)相當(dāng)于 u(n)經(jīng)過了一個相移濾波器 hu (n) , hu (n)的峰值坐標(biāo)對應(yīng)的就是時延。這兩個過程一起工作組成一個反循環(huán)，如圖 所示。輸出信號是針對參考信號進行估計的，濾波系數(shù)受自適應(yīng)算法的控制并自動調(diào)整，自適應(yīng)處理收斂穩(wěn)定后，使輸出信號的估計值等于所期望的信號。 自適應(yīng)濾波算法簡介自適應(yīng)濾波指的是在濾波過程中不需要外在的干預(yù)，自我的進行信號的提純，在這一過程中，參數(shù)的調(diào)整是自動完成的，也就是混并不需要或者只需要很少的關(guān)于信號與噪聲的先驗統(tǒng)計知識。另一種方法是直接或間接利用自適應(yīng)濾波器來進行對延估計。這樣傳感器接收信號經(jīng)過高階統(tǒng)計量的處理，將抑制噪聲分量，保留有用信號分量，然后使用一些準(zhǔn)則函數(shù)和自適應(yīng)迭代方法來估計時延。參量模型法計算量稍大，硬件要求一般，缺點是運算及輔助硬件要求較高，實現(xiàn) FIR 濾波器的最佳設(shè)計困難，不適于實時處理。參量模型法是一種實現(xiàn)高精度、連續(xù)可變數(shù)字時延估計的方法，該方法利用 FIR數(shù)字濾波器的線性相位關(guān)系，通過調(diào)節(jié)權(quán)函數(shù)，連續(xù)改變信號時延，進而得到時延的精確估計。適用條件是功率譜隨時間變化平穩(wěn)，聲傳感器間距較小，信噪比適中。利用此方法進行時延估計時，濾波加權(quán)函數(shù)的選取對時延估計的精度有重要的影響?；ハ嚓P(guān)法是通過計算兩路信號的互相關(guān)，互相關(guān)最大值點所對應(yīng)的位置即為兩路信號的時延。時間延遲估計是指利用參數(shù)估計和信號處理的理論和方法，對上述時間延遲進行估計，并由此進一步確定其它有關(guān)參量，例如信源目標(biāo)的距離、方位、運動方向和速度等。目標(biāo)到坐標(biāo)原點的距離為R，俯仰角為? ( 0 ? 90176。由于十字形陣列具有分維特性(指二維參量可分開估計)，且陣列冗余度也較小，因此，本課題采用平面四元十字陣作為定位陣列。由于陣列形式的不同，定位算法性能和精度也大不相同，所以選擇一個好的陣形在被動聲定位中有著重要的作用。面陣可以在整個平面對目標(biāo)進行定位，也可以對陣列所在平面為界的半個空間進行定位。聲測陣列和時延估計算法的選擇是影響定位精度的主要因素,因而對聲測陣列和時延估計算法的研究成為當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)。E d 是信號經(jīng)濾波處理后的能量，是為了檢測該數(shù)據(jù)中是否含有可能的膛口激波信號；而 Pm，P m1， Pm2，P m3 是未經(jīng)過濾波處理的信號功率，是過門限檢測后進一步對信號的能量進行分析，是待識別信號的原始特征。3231()mTnx??(12) 膛口激波沖擊波正壓上升速率 RUP，即 AB 段幅值上升速率。(8) 膛口激波的功率 Pm，T m 持續(xù)時間內(nèi)的信號功率，即： 。(4) 負(fù)峰持續(xù)時間 Tm2，即點 C~點 E 持續(xù)時間。圖 膛口激波時域模型清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文15未經(jīng)過處理的膛口激波時域波形圖如圖 。在沖擊波信號之后出現(xiàn)，沖擊波的反射波和較大的噪聲就可以將膛口激波淹沒，特別是麥克風(fēng)遠(yuǎn)離射擊者的時候。膛口激波信號近似為球面波，如圖 所示；隨著傳播距離的增加，其強度遭到嚴(yán)重衰減；同時它的頻率較低，與沖擊波相比，更易受到干擾和噪聲的影響。因此，實際馬赫錐的錐面是凸的。當(dāng)子彈的速度 v 接近聲速 C 時，M 約等于 1，而 接近 90176。清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文11圖 小口徑武器擊發(fā)過程中產(chǎn)生的聲波信號彈頭沖擊波和膛口激波的波形參數(shù)攜帶了槍械口徑、子彈飛行的彈道參數(shù)等信息，而它們到達(dá)麥克風(fēng)的時間和方向確定了射擊者和探測器之間的相對位置，通過對這兩種聲音信號的檢測和識別，可以對射擊者的進行定位。另外，各路信號的幅度響應(yīng)也不完全一致，可以通過規(guī)范化預(yù)處理來消除由于各路信號幅值的差異對時延估計精度的影響。風(fēng)對聲信號的干擾一是風(fēng)速對有效聲速的影響。 風(fēng)對聲傳播的影響眾所周知，在氣象學(xué)上，在靠近地面的1．2~1．5km范圍內(nèi)的薄層大氣稱為大氣邊界層。當(dāng)溫度梯度為正，即上層溫度高于下層溫度時，聲音的傳播會向上彎曲，反之，當(dāng)溫度梯度為負(fù)，即下層溫度比上層溫度高時。戰(zhàn)場環(huán)境中，對聲傳播影響最大的氣象因素是溫度和風(fēng)。那就是吸收系數(shù) 與頻率?的平方成正比，即頻率愈高，吸收愈大，因而聲波的傳播距離愈??；反之，頻率愈低，吸收愈小，因而聲波的傳播距離愈大。吸收系數(shù)為： 20321RC?????????其中， 為低頻容變粘滯系數(shù)，等于 1 的時候的 的值， ， 為馳豫0?? ??0?VnC?????時間， 為外自由度能量引起的定容比熱容。吸收系數(shù)為： 23C?????其中， 為粘滯系數(shù)，C 為聲速， 為角頻率， 為大氣密度。(2) 線聲源的距離衰減通常，長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度和厚度的聲源可視為線聲源。0kr當(dāng) kr1 時(2) (/4)0jkrHkre???柱面波的聲強： 2TpIC??可以看出柱面波聲強，其與平面波的表示式也類似，但這里聲壓 p與 成反比，r因此柱面波的聲強依距離的一次方而衰減。球面波的聲壓： 1()rpftC??球面波的聲強： 2TI?可以看出，用聲壓表示的球面波的聲強在關(guān)系形式上仍與平面波聲場的一樣，但因為球面波聲壓與距離的一次方成反比，因而聲強不再處處相等，而是隨距離 r 的平方反比地減小。可以看出，平面波在均勻的理想介質(zhì)中傳播時，聲壓幅值 (或 A)是不隨距離改變的常mp數(shù)，也就是說聲波在傳播過程中幅度不會有任何衰減。 平面波清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文6波陣面為平面的聲波稱為平面波，在各向同性的介質(zhì)中波線恒與波面垂直。 點聲源點聲源是理想化的聲源模型。表 列出了常見的聲強級。聲強實質(zhì)是聲場中某點聲波能量大小的度量，聲場中某點聲強的大小與聲源的聲功率、該點距聲源的距離、波陣面的形狀及聲場的具體情況有關(guān)。 聲強和聲強級聲強是衡量聲音強弱的一個物理量。聲壓級用符號SPL表示，單位為分貝(dB)，清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文420lgerfpSPL?式中 為待測聲壓的有效值， 為參考聲壓，在空氣中，參考聲壓 一般取eprefp refp2105Pa。 聲壓和聲壓級目前，在聲學(xué)測量中，直接測量聲強較為困難，故常用聲壓來衡量聲音的強弱。常用 W 表示，單位為(W) 。清華大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文3第二章 大氣中聲波的傳播規(guī)律及武器中特有的聲波聲波通常是指空氣中傳播的縱波。第二章 從相關(guān)概念出發(fā)首先介紹大氣中聲波的傳播規(guī)律、聲波的傳播模型、聲波傳播過程中的衰減、環(huán)境對聲波的影響等相關(guān)理論，然后介紹針對該課題的武器中兩種特有的聲波。因此，加速我國被動聲測定位系統(tǒng)技術(shù)的研究是必要的，緊迫的，是對地面防空力量的重要補充。近些年又出現(xiàn)了許多單兵聲測系統(tǒng)及車載聲測小基陣，這些聲測系統(tǒng)