Побудова автоматизованої системи аудіолокації загроз

Abstract

У статті розглянуто процес побудови системи пошуку напрямку джерела звуку із використанням методу кінцевих різниць для оброблення оцифрованих даних звукових сигналів. Здійснено модифікацію методу кінцевих різниць шляхом використання взаємно кореляційної функції, яка спрощує оброблення оцифрованого сигналу за рахунок покращення алгоритму розрахунку і переходу від диференційного до числового формату вхідних даних, що значно зменшує кількість розрахунків та спрощує їх. Запропоновано статистичне оброблення отриманих результатів для зменшення похибки пошуку абсолютного кута до програмно відтвореного джерела звуку. Було розроблено ПЗ, що уможливлює комп’ютерну реалізацію системи аудіолокації на базі принципів об’єктно-орієнтованого програмування, що використовує оцифровані дані сигналів для розрахунків і моделювання результатів роботи алгоритму. Створення програми відбувалося на платформі ОС Windows у середовищі Windows Studio з дотриманням парадигм об’єктно орієн-тованого програмування. Застосування авторами модифікованого алгоритму у процесі програмної реалізації звукометричної системи дозволило проаналізувати роботу методу та розробити конфігурації приймачів, які дозволяють підвищити точність результатів. Експериментальні (лабораторні) дослідження розробленої системи за умови використання обгрунтованої авторами конфігурації та статистично оброблених даних дозволили отримати результати пошуку напряму до джерела звуку, що мають похибку менше 1о. Основним науковим результатом проведеного дослідження є удосконалення алгоритмів оброблення даних аудіолокаційного пошуку, що, на відміну від існуючих підходів, дозволяє на основі застосування взаємно кореляційної функції та подальшого її математичного коригування підвищити точність такого процесу. Практична цінність отриманих результатів полягає в легкій адаптації розробленої та протестованої в лабораторних умовах звукометричної системи для роботи у військових польових умовах.

The article discusses the process of building a system for finding the direction of a sound source using the finite difference method for processing digitized sound signal data. The finite difference method has been modified by using the cross-correlation function which simplifies the processing of the digitized signal due to the improvement of the calculation algorithm and the transition from the differential to the numerical format of the input data which significantly reduces the number of calculations and simplifies them. Statistical processing of the obtained results is proposed to reduce the error of finding the absolute angle to the software-generated sound source. The software was devel-oped which enables the computer implementation of the audio location system based on the principles of object-oriented programming. It uses digitized signal data for calculations and modeling of the results of the algorithm. The program was created on the Windows OS platform in the Windows Studio environment in compliance with object-oriented programming paradigms. The use of the modified algorithm by the authors in the process of software implementation of the sound-metric system made it possible to analyze the operation of the method and develop receiver configurations that allow increasing the accuracy of the results. Experimental (laboratory) studies of the developed system under the condition of using a configuration justified by the authors and statistically processed data, made it possible to obtain results of searching the direction of the sound source with an error of less than 1o. The main scientific result of the conducted research is the improvement of data processing algorithms for audio-location search which, unlike existing approaches, allows to increase the accuracy of such a process based on the application of the mutual correlation function and its subsequent mathematical adjustment. The practical value of the obtained results is an easy adaptation of the sound-metric system developed and tested in laboratory conditions for operation in military field conditions.