超音速弹头激波信号包络特征分析(2)

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4 对弹头激波信号的处理与分析 18

4．1 Matlab概述 18

4．2 函数拟合过程中统计参数的意义 19

4．3 弹头激波包络变化函数拟合 19

结论 31

致谢 32

参考文献 33

附录A matlab程序 35

附录B 九组数据的拟合图形 36

1 绪论

1．1 研究意义与背景

狙击步枪在射击时，枪膛内推动弹丸的火药爆炸会产生膛口爆炸波，弹丸出膛后做超音速飞行会产生超音速弹头激波。枪声识别系统则是通过对膛口爆炸波信号和超音速弹头激波信号的各种特征的检测和识别来对射击点进行定位。

本课题正是通过对超音速弹头激波信号特征之一，即包络特征进行了分析，并对其进行归纳，判断是否与子弹的特征以及射击点有关。弹头激波包络特征是否具有某种特定规律是枪声信号检测、识别、建模的前提和依据，同时也是弹道测量的前提。通过对包络特征的分析从而快速的对枪械进行识别以及对射击点进行定位，这不仅可以准确并且快速的发现隐蔽的狙击手并及时的消灭，保证己方的安全[1]，而且在日常的安保等过程中也有及其重要的作用，并可以用来判断其他超音速飞行物体特征。

1．2 国内外研究动态

1．3 论文主要工作和组织结构

在课题的研究设计与实现过程中,主要工作为研究弹头激波的包络变化规律，即通过拟合一组实测的弹头激波包络函数，尝试回答弹头激波包络形状是否具有确定变化规律的问题，以此作为弹头激波检测和识别的特征和依据。

论文共分四章,其主要结构如下:

第一章:介绍了本文所要研究的课题,主要阐述课题的研究背景、研究意义以及课题关键技术；讨论了国内外的研究动态以及本论文的主要工作和文章的结构安排。

第二章:详细地介绍超音速弹头激波信号的基本特点及其产生,主要阐述了超音速弹头激波信号的识别的原理并稍微介绍了弹头激波信号的检测原理。

第三章:叙述了枪声信号采集,介绍了硬件平台,重点分析了环境因素对枪声信号的影响。

第四章:阐述了超音速弹头激波信号的检测过程,通过Matlab仿真并分析仿真结果,对结果进行分析。

2 超音速弹头激波信号的产生以及检测识别原理

2．1 超音速弹头激波信号的产生

超音速枪械射击时可以产生两种瞬态声音信号：第一种是子弹被击发过程中子弹的火药爆炸,高温、高速、高压气流将弹头推出枪口时形成的膛口爆炸波；第二种是弹丸在大气中超音速飞行时产生的超音速弹头激波,也叫做马赫波(Mach wave)[16]。图2.1是枪声信号的示意图,图2.2为实际捕捉到的枪声信号波形。
小口径武器击发过程中产生的声波信号

图2.1 小口径武器击发过程中产生的声波信号

实测枪声信号波形

图2.3为枪声信号的传播示意图。从传播示意图和实测的枪声信号波形可以看出，一般情况下麦克风最先接收到的信号是超音速弹头激波信号，当超音速弹头激波信号过后，膛口爆炸波才被检测到，这是因为超音速弹头激波信号以声速向外传播，而膛口爆炸波随着传播距离的增加，强度也会不断衰减，且其频率较低，相比激波信号更容易受到干扰。故在检测过程中首先对超音速弹头激波信号进行检测识别，一旦超音速弹头激波信号被识别确定，再对膛口爆炸波信号进行处理。