地震动定向阵列技术研究+文献综述(2)
6.2 单三角形阵列定距与定向精度分析 13
7 冲击力撞击地面振动模型 15
8 单三角形阵列定向实验 16
8.1 实验初步设计 16
8.2 传感器的选择 17
8.3 振动测试仪埋置 17
8.4 实验数据处理 18
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
1.1 智能雷弹
80年代初期，美国研制了一种新型弹药，被称为智能雷弹。这种雷弹，由口径155毫米的重炮发射。如目标区域有敌方装甲车辆，它就作为制导炮弹攻击目标；如果没有合适的目标，这种雷弹落到地面上，能起到反底甲地雷的作用。
为智能雷系统[13]设计一个结构简单、性能优越、成本低廉的能识别、定位、跟踪目标的声阵列，是一项很重要的任务。目前被动声定位的方法主要是用几个声传感器排列成一定阵形，测量出声音信号到达各个传感器的时间差，再根据几何关系，计算出声目标所在位置。而根据这一思想设计的声阵列由最初的直线阵、圆弧阵、等边三角形阵已发展到现在的 正四方形阵、双直角三角形阵和平面圆阵。直线阵、圆弧阵、等边三角形阵结构简单、运算快捷，但定位误差较大，且对三文空间目标定位效果较差[2]。为了对几百米内的目标定位，有人提出了正四方形阵[1]，此法对三文空间目标定向精度较高，但对稍远一点的目标定位误差很大。
1.2 坐标模型
根据跟踪系统的应用背景建立合适的跟踪坐标系模型不仅能减少跟踪算法的复杂度，提高对目标跟踪的实时性，而且还能提高运动声阵列对目标跟踪的精度，提高跟踪系统的稳定性。为了研究运动声阵列跟踪系统的非线性及坐标模型之间的耦合问题,有人设计了三文运动声阵列的结构模型,分析了声阵列跟踪系统的状态参数;建立了运动声阵列系统的坐标模型,讨论了坐标模型之间的转换关系,确定了输出声阵列观测信息的坐标模型;以目标在匀加速及匀速转弯状态下,建立了运动声阵列笛卡尔坐标模型,分析了模型的非线性因素;基于状态空间的变换方法,建立了运动声阵列的修正极坐标模型,为进一步研究运动声阵列跟踪系统的跟踪算法奠定了理论基础[4]。
1.3 本课题的主要工作
本文研究地震动阵列定向技术，类似于运动声阵列，主要是建立一个单三角传感器阵列，根据震动信号传到地面上各传感器的时间差，通过几何关系确定震源方向的方法，主要是二文的。
2 地震动信号的性质
地震动信号由震源震动引起介质偏离平衡位置产生，其频率一般比较低。当人员、车辆等目标在地面上运动，对地面来讲就是对地面施以一定的激励，对于非刚体的地球介质，这种激励会引起地球介质的变形，变形在地球介质中传播形成地震波，地表目标运动形成震源，其产生的地震波以压缩波、剪切波、瑞利波、乐夫波的形式在地球介质中传播。按照介质质点运动的特点和波的传播规律，地震波可分为两大类，即体波和面波。体波又分为纵波(P波)和横波(S波)两种。面波是体波在一定的条件下形成相长干涉并叠加产生出的频率较低、能量较强的次生波，主要沿着介质的分界面传播，其能量随着深度的增加呈指数函数急剧衰减，因而称之为面波。面波有瑞雷面波和乐夫面波两种类型。
在研究中常用纵波、横波或瑞雷波为有效波。纵波传播速度快，频率高；横波速度低，能量较弱;沿自由表面传播的瑞雷波频率较低，能量较强，其主要频率成分集中在 范围内。因此在进行系统设计时，主要考虑对15OHz以内的信号进行处理即可。在均匀介质下其频率与传播速度无关，且无频散性。因此，在获取地面信息时可用瑞雷波为分析对象，用 表示传播距离。在均匀介质中它按 衰减，远处按 衰减。故当震源位于地表面时，瑞利波是地震动传感器探测震源的主要波形，占能量的绝大部分，其在沙粘土地的传播速率为130m/s, 对地震动信号而言，影响因素比较复杂，特别是地质的不均匀以及在实际战场环境下不可能是同种地质条件。地震动传感器的探测距离受到地面土质和地形变化影响。松软土质对震动波吸收较大，探测范围明显减小，洼地、水溪等可以完全阻断震动信号的传播[3]。
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