，以天线接收到信号的时间作为计时起点，其余至少三个拾音器接收到信号的时间分别与天线接收到信号的时间作差，当依次计算出时间差的时候，再通过函数建立发声源在设定坐标系中的坐标。
[0036]具体的，如图2所示，以基于到达时间差的三维定位系统算法为核心，分为声音信号接收模块、声音信号采集模块、声音信号处理模块、显示模块等。将信号分为四个声道，以天线12接收到信号的时间作为计时起点，其余三个声道接收到信号的时间分别与天线12接收到信号的时间作差，当依次计算出时间差的时候，再通过函数建立发声源坐标。
[0037]由于雷声定位软件的使用需要雷声音频文件，所以音频文件的获取就是所有工作的先决条件。为了接收声音信号，使用计算机外接三个拾音器11，拾音器11中包含了一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，接收到的声波会使话筒内的驻极体薄膜产生震动，这会让电容发生改变。外在表现就是驻极体话筒产生了微小电压，使计算机可以接收到音频信号。音频电缆的插头内部有三根线，两根芯线，一根屏蔽线，由于我们只接收每个拾音器11对应的单声道的声音信号，所以只焊一根芯线和一根屏蔽线。
[0038]雷声信号只能传递20?30km，采集20kHz以下的电信号，20kHz对应的无线信号的波长为15km，几厘米长的针状天线12和直径几米以下的平板天线12都是点天线12，几乎没有差别，因此采用针状天线12更经济合理，利用几种非常容易获取的材料制作了电天线12作为电信号接收装置。
[0039]获取音频信号需要使四通道同时工作获取音频，要求四个声卡同时工作，由于声卡不是同步硬件，是分时硬件，所以在硬件上无法解决同步的问题，而且，Windows常用软件都只能使一个声卡工作，例如Windows自带的录音机，因此，我们选取的是一款叫SAffStud1的录音软件，可实现多轨同时录音这个问题而言。SAWStud1的录音是绕过了Windows系统，不使用Windows提供的API函数或者SDK，直接作用于硬件，并且因其内部处理精度更高，音质更好。
[0040]该雷声定位软件主界面程序模块原理如下:
[0041]①运行多声卡录音软件SAWStud1进入等待阶段，等到接收到声音信号的时候录音结束，生成音频文件；
[0042]②通过定位软件打开已生成的音频文件，根据网络情况，将雷声声源定位的位置在距离图图片或者在线的百度地图中显示；
[0043]③待SAWStud1生成音频文件后，打开雷声定位软件，点击“打开”选项，在弹出框里选择需要处理的音频文件。
[0044]④待定位结果显示完全还可以点击“查看”按钮，查看已经生成的各个针状天线12和拾音器11接收到的信号波形，描述同一个模拟雷声显示的不同波形。
[0045]通过上述描述可以看出，本发明技术方案带来的有益效果如下:
[0046]1、根据基于到达时间差的声源定位技术的特点，结合雷声信号识别，设计的基于声学和电磁学的雷声定位系统，并在本实验系统的基础上进行了声源定位实验，根据实验结果分析了系统性能及误差的产生原因。利用电磁学和声学的知识来设计电信号及声音信号的接收部分；结合雷声信号的识别，进行基于声学和电磁学的雷声定位系统的设计。
[0047]2、可对声卡测得的*.wav数据进行处理分析，并且及时将预报结果告知公众、企业及有关部门。将对公民人身财产安全起到一定的保护作用，减少雷击事故所造成的伤害。同时可以结合雷达、卫星等数据综合进行定位，得到准确率高、成本较低、性价比较高的定位系统。
[0048]3、有效减少了由于雷声距离较远、观测会受到地形因素、天气因素的影响，不同时间段监测周围环境的噪声大小不同的影响，多径传输、风速带来的多普勒效应等等，以及驻极体话筒的方向性、幅度响应非线性的个体差异等造成的误差影响。
[0049]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于声学和电磁学的雷声定位系统，其特征在于，包括: 声源定位装置，所述声源定位装置包括:至少三个拾音器及一个天线，其中，所述至少三个拾音器设置位置所在的平面与水平面呈小于九十度的锐角； 同步数据采集卡，所述同步数据采集卡分别与所述三个拾音器信号连接； 数据处理装置，所述数据处理装置与所述同步数据采集卡及天线信号连接，并根据所述同步数据采集卡采集的所述三个拾音器接收的不同的雷声声音信息及时间信息获取雷声在设定地图上的位置。
2.根据权利要求1所述的基于声学和电磁学的雷声定位系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置信号连接，并用于显示所述雷声在所述设定地图上的位置。
3.根据权利要求1所述的基于声学和电磁学的雷声定位系统，其特征在于，所述拾音器的个数为三个。
4.根据权利要求3所述的基于声学和电磁学的雷声定位系统，其特征在于，所述三个拾音器中至少一个为电容式驻极体话筒。
5.根据权利要求1?4任一项所述的基于声学和电磁学的雷声定位系统，其特征在于，所述天线为针状天线。
6.一种基于声学和电磁学的雷声定位方法，其特征在于，包括以下步骤: 以天线接收到信号的时间为基准时间； 通过至少三个拾音器接收雷声，并记录每个拾音器接收到雷声的大小及在接收到雷声时的时间； 以基于到达时间差的三维定位系统算法为核心，将信号分为四个声道，以天线接收到信号的时间作为计时起点，其余至少三个拾音器接收到信号的时间分别与天线接收到信号的时间作差，当依次计算出时间差的时候，再通过函数建立发声源在设定坐标系中的坐标。
【专利摘要】本发明提供了一种基于声学和电磁学的雷声定位系统及方法，该系统包括：声源定位装置，声源定位装置包括：至少三个拾音器及一个天线，其中，三个拾音器设置位置所在的平面与水平面呈小于九十度的锐角；同步数据采集卡，同步数据采集卡分别与三个拾音器信号连接；数据处理装置，与同步数据采集卡及天线信号连接，并根据同步数据采集卡采集的三个拾音器接收的不同的雷声声音信息及时间信息获取雷声在设定地图上的位置。本发明的有益效果是：系统结构简单，并且有效减少了由于雷声距离较远、观测会受到地形等因素的影响，不同时间段监测周围环境的噪声大小不同的影响，以及驻极体话筒的方向性、幅度响应非线性的个体差异等造成的误差影响。
【IPC分类】G01S5-20, G01S5-16
【公开号】CN104614709
【申请号】CN201510027033
【发明人】张晓春, 李伟, 刘志宏, 王道洪, 张力
【申请人】成都信息工程学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月19日