基于TIDSP5402的炮彈聲源定位系統(tǒng)的硬件設計及算法設計

1、對地攻擊檢測評估系統(tǒng)技術說明書對地攻擊檢測評估系統(tǒng)技術說明書1系統(tǒng)功能概述對地攻擊檢測評估系統(tǒng)用于航空炸彈、航空火箭彈、空對地導彈等對地面目標攻擊的彈著點進行自動檢測。系統(tǒng)可對單點、多點連續(xù)對地打擊時的彈著點進行自動檢測實時報靶，并能顯示各種彈著點檢測的技戰(zhàn)術參數(shù)。自動向陣地指揮部傳送命中結果，為修改射擊諸元提供校驗參數(shù)，便于各級指揮員對整個實彈射擊訓練過程進行科學、準確地評估。2系統(tǒng)主要戰(zhàn)技指標1) 適用范圍：航空炸彈 、 航空火箭彈 、空對地導彈及觸地爆炸后引起聲波的各種炸彈；對單點、多點投射時彈著點進行實時檢測報靶。2) 檢測精度：測量范圍（500m*500m陣），誤差小于5m；測量范圍

2、（70m*70m陣），誤差小于0.5m；3) 系統(tǒng)響應時間：小于15秒；4) 兩彈、多彈連投最小間隔時間：大于30毫秒；5) 無線傳輸：中心工作頻率：2.483g。6) 發(fā)射功率：前置處理器100mw，接收靈敏度：-80db；7) 誤碼率：多重校驗，差錯重發(fā)，趨向于0。8) 無線傳輸波特率：1，2，5，11mbps；9) 與指揮系統(tǒng)接口：標準接口； 10) 使用環(huán)境：35常溫下相對濕度小于95%， -40+55，承受溫度為-45+60，抗電磁干擾、抗振、防潮；11) 最大功耗：單機10w ；12) 供電方式：前置處理器12v蓄電池，中心主機交流220伏；13) 系統(tǒng)連續(xù)工作時間：大于24小時；

3、14) 設備尺寸(mm)：210150330；15) 單機重量：8kg；3系統(tǒng)構成對地攻擊檢測評估系統(tǒng)集聲學、數(shù)學、電子技術、無線傳輸、數(shù)字信號處理及計算機應用等學科于一體，完成炸彈爆炸后聲波的采集、數(shù)據(jù)無線傳輸、信號分析處理，通過合理的數(shù)學模型計算彈著點的精確位置，同時對打擊的結果進行效能評估。本系統(tǒng)由前置處理子系統(tǒng)、前置環(huán)境補償子系統(tǒng)、無線傳輸子系統(tǒng)、信號處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理評估決策子系統(tǒng)組成, 系統(tǒng)結構如圖3.1所示。圖3.1 對地攻擊檢測評估系統(tǒng)結構圖前置處理子系統(tǒng)：它將聲學傳感器接收的聲信號轉換成電信號，經遠程控制放大器放大、a/d轉換器轉換成數(shù)字信號，由dsp芯片進行初步處理、鑒別

4、, 并保存數(shù)據(jù)，最后通過無線以太網傳輸給中心主機進行處理。前置環(huán)境補償子系統(tǒng):本子系統(tǒng)主要是檢測環(huán)境參數(shù)，即溫度、風速和風向，并將測量值通過無線傳輸子系統(tǒng)傳給中心主機，由中心主機評估軟件對聲速進行修正補償，以提高系統(tǒng)檢測精度。無線傳輸子系統(tǒng): 本子系統(tǒng)將前置處理子系統(tǒng)采集并處理過的數(shù)字信號, 實時地傳送給中心主機, 進行信號處理和評估。數(shù)字信號處理子系統(tǒng): 通過采用波譜分析和小波分析對信號進行有效的處理分析, 實現(xiàn)了信號波形的轉換, 干擾及噪聲剔除, 獲得真實的爆炸聲信號.系統(tǒng)根據(jù)這些真實的爆炸聲信號按一定的鑒別規(guī)則提取出炸彈爆炸聲波傳播到聲學傳感器的時間, 并提供給評估決策子系統(tǒng)。評估決策子

5、系統(tǒng): 用適當?shù)能浖_發(fā)工具, 由信號處理子系統(tǒng)得到的每個傳感器接收到的炸彈爆炸聲的時間, 按合理的數(shù)學模型計算出彈著點坐標，并用圖形方式顯示出來?？蓪崟r計算出炸彈的命中率，并將結果存入數(shù)據(jù)庫，供以后查詢。4前置處理子系統(tǒng)前置處理子系統(tǒng)由聲學傳感器、可編程信號放大器、a/d轉換器、dsp系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存貯器、以太網組件及系統(tǒng)電源部分組成。如圖4.1。圖4.1 前置處理子系統(tǒng)結構圖4.1 聲學傳感器 聲學傳感器是將彈著點產生的爆炸聲信號轉換成同頻率的電信號。為了能從各個角度接收不同彈種的爆炸聲信號，研制了全向寬帶壓電換能器，其主要參數(shù)為帶寬500hz-28khz，介電常數(shù)1700，機電耦合系數(shù)kt0

6、.5，接收靈敏度g3350010-3伏米2/牛頓，居里溫度為365。4.2 可編程信號放大器增益可編程信號放大器是將聲學傳感器接收到的微弱電信號（v-mv級）放大到0-5v。其原理見圖4.2，電路中采用兩級低噪聲高輸入阻抗放大器tlc2272，電路中2片9c102數(shù)字電位器用來改變放大器的增益，由dsp芯片根據(jù)中心主機的指令改變增益大小，達到遠程控制增益的目的，如圖4.2。圖4.2 可編程信號放大器原理圖4.3 高速a/d轉換器a/d轉換器采用16位高速a/d轉換器ads8322，采樣頻率可達500khz，它將信號放大器輸出的0-5v音頻信號轉換成0-65535的數(shù)字量。其原理見圖4.3。4.

7、4 dsp處理控制系統(tǒng)的核心器件dsp采用tms320-5402 芯片，它具有高速高精度運算能力、強大的數(shù)據(jù)通信能力、靈活的可編程性及低功耗設計等特點。原理如圖4.4。時鐘電路采用外部時鐘方式，時鐘頻率10mhz，經dsp芯片內部鎖相環(huán)pll及軟件設定，系統(tǒng)時鐘可達100mhz。擴展1632k的flash程序存貯器29lv400和1632k高速dram cy7c1021，系統(tǒng)的地址譯碼使能信號由可編程邏輯器件(cpld) atf 22lvpc產生。圖4.3中的74hc244緩沖器用來輸入子系統(tǒng)的通信地址。信號燈用來指識電源電壓和信號等。圖4.3 高速a/d轉換器原理圖圖4.4 dsp系統(tǒng)原理圖

8、4.5 前置數(shù)據(jù)存貯器數(shù)據(jù)存貯器如圖4.5所示。圖中4片16256k高速dram構成161m數(shù)據(jù)存貯器。74hc273鎖存器的輸出端和譯碼器的地址譯碼信號共同作為各cy7c1041的片選控制信號。圖4.5 數(shù)據(jù)存貯器原理圖4.6 網絡組件以太網接口電路如圖4.6所示。圖中rtl8019為以太網接口芯片，它完成dsp系統(tǒng)與中心站主機間的數(shù)據(jù)傳輸。圖中芯片93c46為串行eerom，用來存放物理層的通信參數(shù)，10l8為隔離線圈，輸出端口為rj45標準。4.7 系統(tǒng)電源如圖4.7，系統(tǒng)中前置處理器主要由12v電池供電，其電源分為有4種：（）+9v電源:供給信號放大器。（）+5v電源：提供給a/d轉換

9、、以太網接口等。( 3 )+3.3v：提供給予tms3205402 的i/o口。（4）+1.8v：提供給tms3205402的內核電源。采用的芯片分別為穩(wěn)壓芯片7809,7805及ti公司生產的雙電源輸出芯片tps73hd318。圖4.6 以太網接口電路原理圖圖4.7系統(tǒng)電源原理圖5環(huán)境補償系統(tǒng)環(huán)境補償子系統(tǒng)用來測量現(xiàn)場環(huán)境溫度、風速和風向，以補償這些參數(shù)對聲速的影響。 聲波在空氣中傳播速度與溫度間的關系為 : c = 20.06 ( 273.15+t )1/2從公式中可看出，當溫度t改變時，聲速發(fā)生變化，為減少測量誤差，必須采用溫度對聲速補償。風速和風向對聲波傳波時間的影響如下圖所示：當聲源

10、產生的聲波從o點以速度c向a點探頭方向傳播時，如風向與oa夾角為 ，風速為v，則聲波從o點傳播到a點所需時間為：t=l0ac+vcos 聲源 風向 探頭l0a當聲波方向與風向夾角為0度時，對傳播時間影響最大。如c=340米/秒，v=10米/秒, 將產生很大的誤差，所以系統(tǒng)必須通過風速和風向補償, 減少測量誤差。 該子系統(tǒng)以philipu公司51系列單片機80c552芯片為核心，配置溫度傳感器,風速傳感器,風向傳感器,rs-232接口和無線電臺組成,其原理框圖如圖5.1圖5.1 環(huán)境補償原理框圖溫度傳感器采用ad590半導體溫度傳感器,其線形度為0.3%,精度0.5攝氏度, 溫度每變化1攝氏度,

11、輸出電流變化1微安, 如串聯(lián)10k歐電阻, 則輸出電壓變化10mv, 此電壓經80c552單片機中的10位a/d轉換器轉換成數(shù)字量, 再計算出溫度值. 溫度為:風速傳感器采用光電式傳感器, 輸入電壓12v, 輸出信號為脈沖信號,風速與其頻率成正比, 脈沖信號經光電隔離、整形, 由單片機測量其頻率,并轉換成環(huán)境風速。風向傳感器采用格雷碼盤光電式傳感器,其輸出7位數(shù)字量位格雷碼, 格雷碼值與風向傳感器葉片的轉角有一一對應的關系，風向傳感器輸出的數(shù)字量經緩沖器輸入到單片機80c552中, 并轉換成風向與基準方向間的夾角, 存儲到ram中。單片機80c552內含8路10位a/d轉換,最高轉換速率為10

12、0kbps,內部ram 為256字節(jié),具有2個16位定時計數(shù)器, 高速捕捉比較器,看門狗電路等,單片機將采集計算機的環(huán)境參數(shù)存儲,并根據(jù)中心站主機的指令,通過rs-232接口及無線電電臺將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼局鳈C.系統(tǒng)的軟件流程圖如圖5.2。圖5.2 環(huán)境補償數(shù)據(jù)流程圖6無線通信子系統(tǒng)圖6.1 無線通信子系統(tǒng)無線通信子系統(tǒng)作用：將前置處理子系統(tǒng)經過初步處理的數(shù)字信號實時地傳送到中心主機的評估軟件系統(tǒng)，同時也將中心主機的控制信息發(fā)送給前置處理器。該子系統(tǒng)采用先進擴展頻譜技術的無線數(shù)據(jù)傳輸設備，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)高速無線傳輸，并具有較高穩(wěn)定性和抗干擾性能、保密性能。無線通信子系統(tǒng)組成：前置通信單元：雙向高速微

13、波單元 、110板天線天線10 dbi 板狀定向天線、 饋線。中繼通信單元：雙向高速微波單元、14 dbi拋物面天線、饋線。中心通信單元：雙向高速微波單元、90板天線天線18 dbi、雙向功率放大器、饋線。6.1 擴展頻譜技術擴展頻譜技術它用來進行保密傳輸。從一開始它就設計成抗噪音、干擾、阻塞和未授權檢測。擴展頻儲發(fā)送器用一個非常弱的功率信號在一個很寬的頻率范圍內發(fā)射出去，與窄帶射頻相反，它將所有的能量集中到一個單一的頻點。擴展瀕譜的實現(xiàn)方式有多種，最常用的兩種是直接序列和跳頻序列原理。 無線高速數(shù)據(jù)傳輸網絡采用了微波擴頻技術、無線全雙工高速數(shù)據(jù)傳輸技術，使用2.4 ghz 微波傳輸頻率。該技

14、術打破了傳統(tǒng)無線電傳輸理論中的信噪比概念和專用頻道概念，采用寬頻即擴展頻率，其所有有效信號轉變成數(shù)字信號后，全部湮沒在噪音基帶之中，而不是在以往要求的噪音基帶之上進行檢波。在傳送信號時，使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻率進行擴展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射，2.4ghz直序擴頻位數(shù)為 11 位 （是目前擴頻位數(shù)最高的），網絡誤碼率為10-8，具有較高的穩(wěn)定性，且不受氣侯條件的影響。由于2.4g采用擴頻技術，保密性好。擴頻通信采用碼分多址方式，雖然占用較寬的頻帶，但頻帶利用率較常規(guī)的無線通信采用的頻分式或時分式高得多。只要設置不同的識別碼id，就可以

15、產生不同的偽隨機碼來控制擴頻調制，做到互不干擾的同時通信。使用高增益天線點對點傳輸距離可達20-40公里，支持各種常用的網絡協(xié)議。6.1.1系統(tǒng)原理擴頻系統(tǒng)可以看作是兩個調制過程，第一步，使用傳統(tǒng)的調制方式調制有效信號；第二步，使用擴頻編碼調制載波，使其擴展到一個非常大的帶寬內，實現(xiàn)頻譜展寬。圖6.2 無線通信單元結構圖6.1.2系統(tǒng)特點實用性：能充分提高工作效率和效益；開放性：符合開放性規(guī)范，具有標準的10m/100mbase-t接口；繼承性：保護并集成原有設備到本系統(tǒng)，未來系統(tǒng)升級時，現(xiàn)有設備均可再集成利用；安全性：保證信息安全、防止信息丟失和被竊；可靠性：具有強容錯能力，單點故障不影響全

16、網絡的正常運行；可管理性及可維護性：具有較強的網絡管理功能，對系統(tǒng)運行情況可實時進行巡查，支持remote control（遠程控制）；靈活性及可擴展性：易于增加新的設備；標準化規(guī)范化：符合ieee 802.3及ieee 802.11b等相應國際標準。擴頻的以上特點完全適合本系統(tǒng)的高速實時、遠距離傳輸、數(shù)據(jù)保密、低功耗、等要求6.2 系統(tǒng)使用環(huán)境6.2.1 使用環(huán)境要求前置通訊單元與中心通訊單元可視，無明顯的物體遮擋；前置單元與中心單元距離小于3公里（不加中繼）；中繼模式可達到30公里。前置單元和中心單元輪詢工作方式；每路可以達到11m的帶寬。計算空間損耗為小于114 db，接收端信號靈敏度大

17、于80dbm；分機發(fā)射端輸出功率100mw；計算整個系統(tǒng)余量為40db。在中心通信單元處應用雙向功率放大器，增加了中心通信單元的輸出功率同時提到了接收前置的單元相信號的強調，提高了整個系統(tǒng)的余量，可以滿足任何氣象條件。6.3.2技術指標工作頻率范圍：2400-2500mhz； 操作模式：雙向，半雙工，偵聽發(fā)射機的射頻載波并自動從接收模式轉換到發(fā)射模式 ；功放發(fā)射端輸出功率：1000mw； 前置發(fā)射端輸出功率：100mw； 中繼發(fā)射端輸出功率：500mw； 發(fā)射端輸入信號：1mw-200mw； 增益：20db(最大) 具有agc的功能 ；前置放大噪聲指數(shù)3.5db，（包括內部濾波器）； 功放功放

18、工作電流：靜態(tài)：150ma；工作狀態(tài)：1000mw 1000ma；端口：1xmdi rj-45；led顯示：mgmt, wlink, wtx/wrx, 10/100m, link/act, fdx/col, busy, power；信道數(shù)量：11；無線傳輸速率：11, 9, 6, 5.5, 2, 1mbps;自動/固定速率選擇；兼容標準：ieee802.11b(11mbps wlan),ieee 802.3(10base-t)；電源匹配：5.5-7.0 vdc0 (7-3-1)等效的頻域表示是 wtx(a,)= (7-3-2)式中x()和分別是x(t)和(t)的傅里葉變換小波變換有以下的特點：

19、(1)具有多分辨率（multi-resolution），也叫多尺度(multi-scale)的特點，可以由粗至精地逐步觀察信號。(2)可以看成用基本頻率特性為的帶通濾波器在不同尺度a下對信號作濾波。由于傅里葉變換的尺度特性可知這樣濾波器具有品質因素恒定，即相對帶寬（帶寬與中心頻率之比）恒定的特點。(3)適當?shù)剡x擇基本小波，使(t)在時域上為有限支撐，在頻域上也比較集中，就可以使wt在時、頻域都具有表征信號局部特征的能力，因此有利于檢測信號的瞬態(tài)或奇異點。如上所述，小波分析的一個主要的優(yōu)點就是能夠分析信號的局部特征，如可以發(fā)現(xiàn)疊加在一個正弦信號上一個非常小的畸變信號的出現(xiàn)時間。此外，小波分析可以

20、檢測出許多其他分析方法忽略的信號特征，如信號的趨勢，信號的高階不連續(xù)點、自相似特性。7.4 信號重構將信號多尺度分解成一個個互相正交的小波函數(shù)的線性組合，可以展示信號的重要特性，但這不是小波分析的全部。小波分析另外一個重要的方面就是在分析、比較、處理（如去掉高頻信號或消噪等）小波變換系數(shù)后，根據(jù)新得到的系數(shù)去重構信號。這個過程稱之為逆小波變換（idwt），或小波重構、合成等。信號重構的基本過程如圖7. 2所示，信號合成主要包括對小波變換函數(shù)的插值與濾波，正好與信號分解相反。圖7.2信號重構的基本過程7.5信號去噪在實際中所分析的信號可能包含許多尖峰或突變部分，并且噪聲也不是平穩(wěn)的白噪聲，對這種

21、信號進行分析。我們首先做信號的預處理，將信號的噪聲部分去除，提取有用的信號。而這種信號的消噪，用傳統(tǒng)的傅立葉變換分析，顯然無能為力，因此，我們最終選用了小波進行信號的去噪。7.5.1 小波去噪的方法大概可以分為三類： 第一類方法是基于小波變換模極大值原理，最初由mallat提出，即根據(jù)信號和噪聲在小波各尺度上的不同傳播特性，提出由噪聲產生的模極大值點，保留信號所對應的模極大值點，然后利用所余模極大值點重構小波系數(shù)，進而恢復信號。第二類方法是對含噪聲的信號作小波變換之后，計算相鄰尺度間各點小波系數(shù)的相關性，根據(jù)相關性的大小區(qū)別小波系數(shù)的類型，從而進行取舍，然后直接重構信號。第三類方法是donoh

22、o提出的閾值方法，該方法認為對于小波系數(shù)包含有信號的重要信息，其幅值較大，但數(shù)目較少，而噪聲對于小波系數(shù)是一致分步的，個數(shù)較多，但幅值小?；谶@一思想，donoho等人提出軟閾值和硬閾值的去噪聲方法，即在眾多小波系數(shù)中，把絕對值較小的系數(shù)置為零，而讓絕對值較大的系數(shù)保留或收縮，分別對應于硬閾值和軟閾值方法，得到估計小波系數(shù)(estimated wavelet coefficients，簡記為ewc)，然后利用估計小波系數(shù)直接進行信號重構，即可達到去噪聲的目的，有效提高信噪比。對于爆炸聲信號與現(xiàn)場噪聲的幅值特征，我們采用第三類方法閾值方法，消噪過程可分為三個步驟進行：(1)信號的小波分解。選擇一

23、個小波并確定分解的層次，然后進行分解計算；(2)小波分解高頻系數(shù)的閾值量化。對各個分解尺度下的高頻系數(shù)選擇一個閾值進行軟閾值量化處理。(3)小波重構。根據(jù)小波分解的最低層低頻系數(shù)和各層高頻系數(shù)進行一維小波重構。信號消噪的主要函數(shù)wden的最簡單的用法如下：sd=wden(s, tptr, sorh, scal, n, wavename)它所返回的是經過對原始信號s進行消噪處理后的信號sd。其中，tptr指定閾值選取規(guī)則，sorh指定選取軟閾值(sorh=s)或硬閾值(sorh=h)，n為小波分解的層數(shù)，wavename指定分解時所用的小波。scal是閾值尺度改變的比例。 wdencmp是一種用

24、得更為普遍的函數(shù)，它可以直接對信號進行消噪，處理方法也是通過對小波分解系數(shù)進行閾值量化來實現(xiàn)。wdencmp函數(shù)的簡單應用形式也就是我們所采用的應用形式如下：xc,cxc,lxc,perf0,perfl2=wdencmp(lvd,x,wname,n,thr,osrh)我們在工程中所使用的程序如下所示：.thr=0,90000,50000,90000; %域值的設置xd1=wdencmp(lvd,xd1,bior1.5,4,thr,s);xd2=wdencmp(lvd,xd2,bior1.5,4,thr,s);xd3=wdencmp(lvd,xd3,bior1.5,4,thr,s);xd4=wd

25、encmp(lvd,xd4,bior1.5,4,thr,s);.經過程序處理之后，我們所剩的數(shù)據(jù)量會明顯減少，比較圖如下：其中的thr是我們經過大量的數(shù)據(jù)分析之后得出來的比較理想的值，但是對于不同的彈種，不同的炮彈當量，thr的選取還是要做相應的改動。4枚炸彈原始信號波形圖4枚炸彈處理后的信號波形圖8枚炸彈原始波形與處理后的波形對比圖為了將信號進行集成比較，對8枚炸彈的比較圖就僅選用一路波形圖，如上圖所示。7.5.2 小波消噪中閾值的選取在小波分析中消噪中閾值的選取方法采用下述兩種： (1)給定閾值消噪處理：閾值可根據(jù)以往的實驗經驗（靶場環(huán)境，彈種等），這種閾值可信度高。在進行閾值量化處理時可

26、用函數(shù)wthresh，在我們的應用中，我們使用了軟閾值處理，如下：.thr=1000;xd1=wthresh(xd1,s,thr);xd2=wthresh(xd2,s,thr);xd3=wthresh(xd3,s,thr);xd4=wthresh(xd4,s,thr);經過消噪后的波形入圖所示：4枚炸彈消噪后的波形圖8枚炸彈的兩次濾波比較圖(2)強制消噪處理：是一種自動處理方法，該方法是將小波分解結構中的高頻系數(shù)全部置為0，即濾掉所有高頻部分，然后對信號進行小波重構。這種方法比較簡單，且消噪后的信號比較平滑。由于在系統(tǒng)中使用了基于小波變換的去噪方法，所以對信號中含有干擾和噪聲能夠很好的消除。7

27、.6 小波分析的計算機實現(xiàn)表7.1小波變換的函數(shù)說明函數(shù)名說明分解函數(shù)dwt單尺度一維離散小波變換wavedec多尺度一維小波分解(一維多頻率分析函數(shù))wmaxlec允許的最大尺度值分解合成重構函數(shù)idwt單尺度一維離散小波逆變換waverec多尺度一維小波重構wroef對一維小波系數(shù)進行單支重構upcoef一維系數(shù)的直接小波重構分解結構函數(shù)detcoef提取一維小波變換高頻系數(shù)appcoef提取一維小波變換低頻系數(shù)upwlev單尺度一維小波分解的重構消噪壓縮函數(shù)ddencmp或取消噪或壓縮過程中的默認閾值wdmpen以birge-massart算法設置一維或二維信號消噪的閾值wdcbm以bi

28、rge-massart算法設置一維信號消噪或壓縮的閾值wdencmp用小波進行一維或二維信號的消噪或壓縮wden用小波進行一維信號的自動消噪wthrmngr閾值管理基于matlab的部分程序如下%多尺度分解(仍用db1)c,l=wavedec(dd,3,db1);ca3=appcoef(c,l,db1,3);%重構第三層的低頻信號a3=wrcoef(a,c,l,db1,3);%重構第1、2、3層的高頻信號d1=wrcoef(d,c,l,db1,1);d2=wrcoef(d,c,l,db1,2);d3=wrcoef(d,c,l,db1,3);figure;%顯示多尺度分析結果subplot(2,

29、2,1);plot(a3);title(a3)subplot(2,2,2);plot(d1);title(d1)subplot(2,2,3);plot(d2);title(d2)subplot(2,2,4);plot(d3);title(d3)%重構原始信號a0=waverec(c,l, db1);err=max(abs(dd-a0)err=4.5475e-013%信號的初步去噪(比較第三層近似信號與原始信號)figure;subplot(2,1,1);plot(dd);title(original);axis offsubplot(2,1,2);plot(a3);title(level 3

30、approximation);axis off(1)單尺度離散小波變換函數(shù)dwt格式為：cal,cdl=dwt(x,wname)cal,cdl)=dwt(x,lo_d,hi_d)說明：其中x為被分析的離散信號，wname為分解所用到的小波函數(shù)，lo_d、hi_d為分解濾波器，ca和cd分別為返回的低頻系數(shù)和高頻系數(shù)向量。圖7.3程序流程 (2)upcoef是系數(shù)的直接小波重構函數(shù)，其格式為：y=upcoef(o,x,wname,n)y=upcoef(o,x,wname,n,l)y=upcoef(o,x,lo_r,hi_r,n)y=upcoef(o,x,lo_r,hi_r,n,l)y=upcoe

31、f(o,x,wname)y=upcoef(o,x,lo_r,hi_r)說明：該函數(shù)用于計算向量x向上n步的重構小波系數(shù)，n是嚴格的正整數(shù)。如果o=a，則是對低頻系數(shù)進行重構，如果o=d，則是對高頻系數(shù)進行重構。 (3)idwt為單尺度維離散小波逆變換函數(shù)。格式為： x=idwt(ca,cd,wname) x=idwt(ca,cd,lo_r,hi_r) x=idwt(ca,cd,wname,l) x=idwt(ca,cd,lo_r,hi_r,l)說明：對格式、，是用小波函數(shù)進行重構，對于格式、，是用重構濾波器進行重構。ca和cd的長度是相等的，lo_r和hi_r的長度是相等的。x為重構后信號的向

32、量。(4)wavedec為多尺度小波分解函數(shù)，其格式為：c,l=wavedec(x,n,wname) c,l=wavedec(x,n,lo_d,hi_d)說明：它用小波或分解濾波器完成對信號x的多尺度分解，n為尺度，且為嚴格的正整數(shù)。輸出參數(shù)c由caj,cdj,cdj-1,cd1組成，l由caj的長度，cdj的長度，cdj-1的長度，cd1的長度，x的長度組成。(5)appcoef用于從小波分解結構c,l中提取一維信號的低頻系數(shù)，格式為a=appcoef(c,l,wname,n) a=appcoef(c,l,wname) a=appcoef(c,l,lo_r,hi_r) a=appcoef(c

33、,l,lo_r,hi_r,n)說明：其中c,l為小波分解結構，wname為小波函數(shù)，n為尺度。格式計算尺度n(n必須為一個正整數(shù)，且)時的一維分解低頻系數(shù)；格式用于提取最后尺度（尺度n）的小波變換低頻系數(shù)；格式、是用濾波器lo_r和hi_r進行信號低頻系數(shù)的提取。(6)detcoef用于從小波分解結構c，l)中提取 d=detcoef(c,l,n) d=detcoef(c,l)說明：格式用于提取尺度為n(n必須為一個正整數(shù)，且 ，分解結構為c,l的一維分解高頻系數(shù)；格式用于提取最后尺度(尺度n=length(l)2)的分解高頻系數(shù)。(7)wrcoef是對一維信號的分解結構c,l用指定的小波函數(shù)

34、或重構濾波器進行重構的函數(shù)。其格式有： x=wrcoef(type,c,l,wname,n) x=wrcoef(type,c,l,lo_r,hi_r,n) x=wrcoef(type,c,l,wname) x=wrcoef(type,c,l,lo_r,hi_r)說明：當type=a時，對信號的低頻部分進行重構，此時n可以為0；當type=d時，對信號的高頻部分進行重構，此時n為正整數(shù)。(8)waverec為多尺度小波重構函數(shù)，用指定的小波函數(shù)或重構濾波器對小波分解結構c,l進行重構，格式為 x=waverec(c,l,wname) x=waverec(c,l,lo_r,hi_r)說明：它是wa

35、vedec函數(shù)的逆函數(shù)，即有x=waverec(wavedec(x,n,wname)，wname)。另外，x=waverec(c,l,wname)與x=appose(c,l,wname,0)等價。格式用小波函數(shù)進行重構，格式用重構濾波器進行重構。(9)利用小波對信號去噪，首先要識別出信號的哪一部分或哪些部分包含噪聲，然后舍棄這些部分進行信號重構。在本例中，當越來越多的高頻信息從信號中濾去時，相應的低頻部分變得越來越“純潔”，即所含的噪聲越來越小。當然，我們在去掉高頻部分的同時也丟失了初始信號的瞬變特征。因此，更優(yōu)化的去噪是閾值消噪，即只去除那些超過某一設定值的細節(jié)部分。（10）對于信號處理過程

36、中的小波基函數(shù)，去噪函數(shù)等的選取是要經過一定的分析來獲得的。在本系統(tǒng)的分析過程中，我們通過對大量的數(shù)據(jù)進行分析，主要是利用matlab自帶的分析工具來進行，在環(huán)境中鍵入wavemenu就可打開該環(huán)境。分析過程如下圖：圖7.4 單尺度一維小波變換圖7.5樹模式圖7.6信號初步去噪7.7 信號處理系統(tǒng)軟件流程信號處理程序流程如下:1. 讀取order.txt文件,獲得炮彈數(shù),傳感器數(shù)目及傳感器地址號.2. 判斷程序循環(huán)次數(shù)(jj)是否大于傳感器數(shù)目,如果大于,則跳到第13 步,否則繼續(xù)往下執(zhí)行.3. 讀取信息幀數(shù)據(jù),計算得出每個信號的起始時間,起始地址和文件長度,即采集到的數(shù)據(jù)量.4. 對數(shù)據(jù)進行

37、第一次處理:采用小波處理(過程略).5. 對數(shù)據(jù)進行第二次處理:各個數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)分別采用滾動平均法處理.6. 對數(shù)據(jù)進行第三次處理:能量法處理.7. 對數(shù)據(jù)進行第四次處理:總體歸一化處理.8. 尋找峰值時間,并對各個峰值時間所在的信號段進行能量積累.9. 對各個信號的積累能量排序.10. 計算每個信號的真實時間11. 根據(jù)排序后的積累能量,我們找出所要求個數(shù)的時間數(shù)據(jù)并輸出到文件中.12. 跳轉至第2步.13. 結束程序.注釋:在第8步處理中,我們先比較每個信號段里的數(shù)據(jù),如果大于一定閾值的數(shù)據(jù)的數(shù)量,即波形的寬度大于一定的要求時,我們就認為這個信號段是有用的信號,因此我們就取信號中大于閾值的

38、第一個數(shù)據(jù)所對應的時間為信號時間.8評估決策子系統(tǒng)用適當?shù)能浖_發(fā)工具計算出彈著點坐標，并用圖形方式顯示出來，可實時計算出炸彈的命中率，并將結果存入數(shù)據(jù)庫，供以后查詢。這部分需要注意的是數(shù)學模型的建立和計算方法的優(yōu)化，用最短的時間精確地得到計算結果。該系統(tǒng)不可或缺，因為其它系統(tǒng)作用的結果只有通過該系統(tǒng)體現(xiàn)出來，并作為綜合評估部隊訓練水平的可靠依據(jù)。評估軟件子系統(tǒng)包括以下模塊：8.1 系統(tǒng)布陣模塊通過系統(tǒng)布陣模塊，操作員可以根據(jù)實際情況，如炮彈的種類、靶場的地貌、地形等選擇相應的陣型，設置相應參數(shù)。如果射擊目標的范圍在500m*500m以內(要求誤差小于5m)，靶場的地形較平坦，是平原或沙灘則可

39、采用單陣（所謂單陣，即在目標范圍邊緣區(qū)域設置四個聲音傳感器用于采集炮彈爆炸聲音信號）。如果目標的范圍大于500m*500m，靶場的地形較崎嶇，是山地或丘陵則可采用復陣（所謂復陣，即在目標范圍區(qū)域內按一定的方位設置多個聲音傳感器采集炮彈爆炸聲音信號）。8.1.1系統(tǒng)布陣模塊主要數(shù)據(jù)流程a、 數(shù)據(jù)流：陣型。說明：設置陣型、包含的傳感器。數(shù)據(jù)流來源：陣型設置。數(shù)據(jù)流去向：陣型表，彈點計算參數(shù)。組成：陣號、主傳感器、平行傳感器、垂直傳感器、校驗傳感器、輔助傳感器。b、數(shù)據(jù)流：傳感器坐標。 說明：設置傳感器的坐標。數(shù)據(jù)流來源：傳感器設置。數(shù)據(jù)流去向：傳感器坐標表、彈點計算參數(shù)。組成：傳感器名稱、橫坐標、

40、縱坐標。 c、 數(shù)據(jù)流：傳感器增益、閾值。說明：設置傳感器增益、閾值。數(shù)據(jù)流來源：傳感器參數(shù)設置。數(shù)據(jù)流去向：傳感器參數(shù)表、前置處理器寄存器。組成：傳感器名稱、增益、閾值。主要數(shù)據(jù)流程如下：圖8.1 布陣模塊數(shù)據(jù)流程圖8.1.2布陣模塊主要數(shù)據(jù)結構：傳感器坐標表數(shù)據(jù)結構：數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)類型長度小數(shù)位數(shù)含義說明傳感器名稱文本3唯一標識每個傳感器橫坐標數(shù)字61傳感器橫坐標縱坐標數(shù)字61傳感器縱坐標陣型表數(shù)據(jù)結構：數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)類型長度小數(shù)位數(shù)含義說明陣號文本3唯一標識每個陣主傳感器文本3原點位置傳感器名稱垂直傳感器文本3垂直方向傳感器名稱平行傳感器文本3平行方向傳感器名稱校驗傳感器文本3校驗傳感器名稱輔助

41、傳感器文本3輔助傳感器名稱傳感器參數(shù)表數(shù)據(jù)結構：數(shù)據(jù)項類型長度小數(shù)位數(shù)含義說明傳感器號文本3唯一標識每個傳感器增益（十進制）數(shù)字30傳感器的增益閾值（十進制）數(shù)字30傳感器的閾值8.1.3實現(xiàn)方法8.1.3.1 數(shù)據(jù)庫的連接 采用 ado 方式連接數(shù)據(jù)庫。為了保持系統(tǒng)最大的靈活性和便于用戶配置和管理數(shù)據(jù)庫連接，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫連接配置信息存于位于應用程序同一目錄下的配置文件dbconfig.ini當中，當應用程序啟動后，首先將讀入配置文件中的配置信息，然后根據(jù)配置信息連接數(shù)據(jù)庫。 主要實現(xiàn)代碼如下：filepath:=extractfilepath(application.exename)+dbc

42、onfig.ini;f_source:=tinifile.create(filepath);str_datasource:=f_source.readstring(databaseconfig,data source,default item);f_source.free;con_ht.connectionstring:=provider=microsoft.jet.oledb.user=*id=*;data source=+str_datasource+;persist security info=true;con_ht.open;8.1.3.2 傳感器增益、閾值的設置 傳感器增益、閾值的設

43、置有三種情況，第一種是修改單個傳感器的增益、閾值，第二種是將所有傳感器的增益、閾值修改成同一個值，第三種是各個傳感器的增益、閾值修改成不同的值，為方便用戶操作，本系統(tǒng)針對上述三種情況采用三種方式修改傳感器的增益、閾值。第一種是單個修改，第二種是廣播的方式，第三種輪循批處理的方式。 廣播方式主要實現(xiàn)代碼： assignfile(f_dest,ht_com.dat); rewrite(f_dest); try writeln(f_dest,0f0f); writeln(f_dest,ffff); writeln(f_dest,cgqzy); writeln(f_dest,0001); writel

44、n(f_dest,cgqyz); finally closefile(f_dest); end; winexec(ht_tx.exe,sw_show);單個修改方式主要實現(xiàn)代碼： cgqzy:=dm_ht.tab_cgqtx.fieldbyname(增益（hex）).asstring; cgqyz:=dm_ht.tab_cgqtx.fieldbyname(閾值（hex）).asstring; cgqm:=dm_ht.tab_cgqtx.fieldbyname(傳感器號).asinteger; case cgqm of 11:cgqh:=0101; 22:cgqh:=0102; 33:cgqh:

45、=0103; 44:cgqh:=0104; 55:cgqh:=0105; end; modifycgqtx(cgqh,cgqzy,cgqyz);輪循批處理的方式主要實現(xiàn)代碼： bookmark:=dm_ht.tab_cgqtx.getbookmark; dm_ht.tab_cgqtx.disablecontrols; dm_ht.tab_cgqtx.first; while not dm_ht.tab_cgqtx.eof do begin btn_modifyclick(sender); dm_ht.tab_cgqtx.next; end; dm_ht.tab_cgqtx.gotobookma

46、rk(bookmark); dm_ht.tab_cgqtx.enablecontrols;8.1.3.3傳感器增益、閾值的讀取 為了操作員能夠實時了解陣中各傳感器的狀態(tài)，必需要對傳感器的增益、閾值進行讀取。 主要實現(xiàn)代碼如下： frm_main.setzero(ht_end.dat); frm_main.readjiaoyan; if frm_main.ck_end(ht_end.dat) then begin timer1.enabled:=false; frm_main.setzero(signal.txt); winexec(ht_mes.exe,sw_show);if frm_main

47、.ck_end(signal.txt) then begin timer2.enabled:=false; dm_ht.tab_cgqtx.disablecontrols; if dm_ht.tab_cgqtx.recordcount0 then begin dm_ht.tab_cgqtx.first; while dm_ht.tab_cgqtx.recordcount0 do dm_ht.tab_cgqtx.delete; end; dm_ht.tab_cgqtx.first; assignfile(f_source,ht_xinxi.txt); reset(f_source); try while not eof(f_source) do begin readln(f_source,a,b,c,d); dm_ht.tab_cgqtx.append; dm_ht.tab_cgqtx.fieldbyname(傳感器號).asstring