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基于节点交互的狙击手定位算法研究与交互接口设计

作　者: 傅中华
导　师: 罗四维
学　校: 北京交通大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 狙击手定位 马赫波 爆轰波 节点交互 ZigBee
分类号: TP301.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 76次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在现代城市巷战中,狙击手是造成士兵伤亡的主要原因,准确地对狙击手进行定位,对于减少士兵伤亡、有效打击狙击手有着重要的意义。狙击手定位系统按照定位原理主要分为激光探测、红外探测和声探测三种。其中,声探测技术因其原理简单、成本低廉、定位准确的特点被广泛使用。狙击枪在射击时会产生爆轰波和马赫波,声探测正是使用麦克风探测节点对这两种波进行探测,从而实现对狙击手的定位。现有的定位方法通常都是基于这两种波中的一种或两种进行单点定位,当麦克风探测节点尺寸较小时,测量到的声达时间差的误差相对较大,加上系统易受环境中噪声的影响,从而导致定位不够准确。本文在对传统定位技术进行总结分析的基础上,进行了以下两步研究工作：(1)提出了一种基于节点交互的狙击手定位算法。该算法使用两个麦克风探测节点分别探测爆轰波和马赫波。其中,探测爆轰波的麦克风节点使用最速下降法对探测到的爆轰波信息进行处理,求解出狙击手的一个近似位置；另一个麦克风节点探测马赫波波前的到达时刻并以此求出马赫波波前的传播方向,最后通过两个节点间的信息交互,共同定位出狙击手的精确位置。通过MATLAB实验平台对算法进行仿真,验证了该算法的有效性和适用性,同时分析了定位误差与两个麦克风探测节点的间距之间的关系。(2)基于ZigBee技术设计了麦克风探测节点之间交互的无线通信接口。本文提出的狙击手定位算法主要基于两个麦克风探测节点间的信息交互,使用两个节点的信息共同确定狙击手的位置。为了实现定位算法的“硬件化”,节点间信息交互的通信接口的设计显得尤为重要。因此,本文基于ZigBee技术设计了麦克风探测节点之间交互的无线通信接口,并分析了交互接口的通信流程,为将本文的定位算法应用于实战中奠定了基础。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
序  9-12
1 综述  12-17
  1.1 课题背景及研究意义  12
  1.2 课题国内外研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  12-15
    1.2.2 国内研究现状  15
  1.3 论文的主要内容和组织结构  15-17
    1.3.1 论文的主要内容  16
    1.3.2 论文的组织结构  16-17
2 狙击手定位理论基础  17-22
  2.1 爆轰波和马赫波  17-19
    2.1.1 爆轰波  17-18
    2.1.2 马赫波  18-19
  2.2 基于爆轰波的狙击手定位  19-20
  2.3 基于马赫波和爆轰波的定位  20-22
3 基于节点交互的狙击手定位算法的理论推导  22-29
  3.1 数学建模  22-23
  3.2 麦克风阵列在头盔上的布置  23
  3.3 计算马赫波波前的传播方向  23-25
  3.4 利用爆轰波估算狙击手方位  25-27
  3.5 综合两个头盔对狙击手进行定位  27-29
    3.5.1 求解狙击手发射子弹的时刻  27-28
    3.5.2 求解狙击手所在位置  28-29
4 狙击手定位算法的设计  29-35
  4.1 采用最速下降法求解满足要求的非线性方程组的近似解  29
  4.2 最速下降法原理概述  29-33
    4.2.1 最速下降法原理  30
    4.2.2 最速下降法的基本思想及收敛准则  30-31
    4.2.3 最速下降法寻求最优值的具体步骤  31-32
    4.2.4 最速下降法的特点  32-33
  4.3 最速下降法求解本文非线性方程组的具体步骤  33
  4.4 狙击手定位算法流程  33-35
5 仿真设计与结果分析  35-45
  5.1 仿真设计  35-39
    5.1.1 随机生成两个头盔上麦克风的位置  35-37
    5.1.2 随机生成狙击手的位置并定义子弹弹道方向  37-38
    5.1.3 马赫波波前到达头盔A上三个麦克风的时间的模拟计算  38-39
    5.1.4 爆轰波波前到达头盔B上三个麦克风的时间的模拟计算  39
  5.2 结果分析  39-45
6 交互接口设计  45-57
  6.1 方案的选择  45-47
  6.2 MSP430F5438  47-48
  6.3 CC2520无线模块  48-50
  6.4 MSP430F5438与CC2520的交互接口电路  50-52
  6.5 交互信息通信流程  52-57
    6.5.1 MSP430F5438与CC2520之间的通信  52-54
    6.5.2 头盔节点间的无线通信  54-57
7 结论和展望  57-58
  7.1 工作总结  57
  7.2 研究展望  57-58
参考文献  58-61
附录A  61-63
附录B  63-64
附录C  64-66
附录D  66-68
索引  68-69
作者简历  69-71
学位论文数据集  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 理论、方法 > 算法理论
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