Войти
Акустическая локация- это использование звука для определения расстояния и направления его источника или отражателя. Определение местоположения может осуществляться активно или пассивно и может происходить в газах (например, в атмосфере), жидкостях (например, в воде) и в твердых телах (например, в земле).
Оба этих метода при использовании в воде известны как сонар ; как пассивный, так и активный гидролокаторы широко используются.
Акустические зеркала и тарелки при использовании микрофонов являются средством пассивной акустической локализации, а при использовании громкоговорителей - средством активной локализации. Обычно используется более одного устройства, и затем местоположение этих нескольких устройств триангулируется.
В качестве военного средства противовоздушной обороны пассивная акустическая локация использовалась с середины Первой мировой войны до первых лет Второй мировой войны для обнаружения вражеских самолетов путем улавливания шума их двигателей.. Он был устаревшим до и во время Второй мировой войны с появлением радара , который был гораздо более эффективным (но перехватываемым). Акустические методы имели то преимущество, что они могли «видеть» из-за углов и холмов благодаря звуку дифракция.
В гражданских целях используется для определения местоположения дикой природы и определения местоположения места для стрельбы из огнестрельного оружия.
Определение местоположения источника звука - это задача обнаружения источника звука с учетом измерений звукового поля. Звуковое поле можно описать с помощью физических величин, таких как звуковое давление и скорость частиц. Измеряя эти свойства, можно (косвенно) получить направление источника.
Традиционно звуковое давление измеряется с помощью микрофонов. У микрофонов есть описание их чувствительности в зависимости от направления падающего звука. Многие микрофоны имеют всенаправленную диаграмму направленности, что означает, что их чувствительность не зависит от направления падающего звука. Существуют микрофоны с другой диаграммой направленности, которые более чувствительны в определенном направлении. Однако это все еще не решение проблемы локализации звука, так как каждый пытается определить либо точное направление, либо точку происхождения. Помимо микрофонов, которые измеряют звуковое давление, также можно использовать датчик скорости частиц для непосредственного измерения акустической скорости частиц. Скорость частицы - это еще одна величина, связанная с акустическими волнами, однако, в отличие от звукового давления, скорость частицы является вектором. Измеряя скорость частицы, можно напрямую получить направление источника. Также возможны другие более сложные методы с использованием нескольких датчиков. Многие из этих методов используют метод разницы во времени прихода (TDOA).
Некоторые назвали локализацию акустического источника «обратной задачей » в том смысле, что измеренное звуковое поле преобразуется в положение источника звука.
Возможны разные методы для определения направления или местоположения источника.
Простейшим, но все же относительно новым методом является измерение скорости акустических частиц с помощью датчика скорости частиц. Скорость частицы - это вектор , который также содержит информацию о направлении.
Традиционный метод получения направления на источник использует метод разницы во времени прибытия (TDOA). Этот метод можно использовать с микрофонами давления, а также с датчиками скорости частиц.
С массивом датчиков (например, микрофонным массивом ), состоящим как минимум из двух зондов, можно получить направление источника, используя функцию взаимной корреляции между сигнал каждого зонда. Функция взаимной корреляции между двумя микрофонами определяется как
, который определяет уровень корреляции между выходами двух датчиков 
где 
Хорошо известным примером TDOA является межуральная разница во времени. Межуральная разница во времени - это разница во времени прихода звука между двумя ушами. Межуральная разница во времени определяется выражением
где
- разница во времени в секундах,
- расстояние между двумя датчиками (ушами) в метрах,
- угол между базовой линией датчиков (ушей) и падающим звуком в градусах.В тригонометрии и геометрия, триангуляция - это процесс определения местоположения точки путем измерения углов к ней от известных точек на любом конце фиксированной базовой линии, а не измерения расстояний до точки напрямую (трилатерация ). Затем точка может быть зафиксирована как третья точка треугольника с одной известной стороной и двумя известными углами.
Для акустической локализации это означает, что если направление источника измеряется в двух или более точках в пространстве, его местоположение можно триангулировать.
Методы управляемой мощности отклика (SRP) - это класс методов косвенной локализации источника звука. Вместо оценки набора разницы во времени прибытия (TDOA) между парами микрофонов и объединения полученных оценок для поиска местоположения источника косвенные методы ищут местоположение кандидата-источника по сетке пространственных точек. В этом контексте такие методы, как Преобразование фазы мощности с управляемым откликом (SRP-PHAT), обычно интерпретируются как поиск подходящего местоположения, которое максимизирует выход формирователя луча с задержкой и суммой. Было показано, что метод очень устойчив к шуму и реверберации, что послужило стимулом для разработки модифицированных подходов, направленных на повышение его эффективности в приложениях для обработки акустических сигналов в реальном времени.
Военное использование включает обнаружение подводных лодок и самолетов. О первом использовании этого типа техники заявил командующий Альфред Роулинсон из Королевского военно-морского добровольческого резерва, который осенью 1916 года командовал мобильной зенитной батареей на востоке. побережье Англии. Ему потребовались средства обнаружения цеппелинов в облачную погоду, и он изготовил аппарат из пары граммофонов рожков, установленных на вращающейся стойке. Некоторые из этих устройств могли довольно точно определять приближающиеся дирижабли, позволяя наводить на них орудия, несмотря на то, что они находились вне поля зрения. Хотя этим методом не было достигнуто ни одного попадания, Роулинсон утверждал, что однажды заставил Цеппелин сбросить бомбы.
Инструменты ПВО обычно состояли из больших рожков или микрофонов, подключенных к ушам операторов с помощью трубок. , очень похожий на очень большой стетоскоп.
Оборудование для определения местоположения звука в Германии, 1939 год. Оно состоит из четырех акустических рупоров, горизонтальной пары и вертикальной пары, соединенных резиновыми трубками с наушниками стетоскопического типа, которые носили два техника слева и правильно. Стереонаушники позволяли одному технику определять направление, а другому - высоту самолета.Большая часть работы по зенитной локации была проделана британцами. Они разработали обширную сеть звуковых зеркал, которые использовались от Первой мировой войны до Второй мировой войны. Звуковые зеркала обычно работают с использованием подвижных микрофонов, чтобы найти угол, который максимизирует амплитуду принимаемого звука, который также является углом пеленга к цели. Два звуковых зеркала в разных положениях будут генерировать два разных пеленга, что позволяет использовать триангуляцию для определения положения источника звука.
С приближением Второй мировой войны радар стал надежной альтернативой звуковому определению местоположения самолетов. Для типичных скоростей самолетов того времени звуковое местоположение предупредило всего несколько минут. Станции акустической локации были оставлены в работе в качестве резервных для радаров, как это было продемонстрировано во время Битвы за Британию. Сегодня заброшенные места все еще существуют и легко доступны.
После Второй мировой войны звуковая дальнометрия больше не играла роли в зенитных операциях.
В дополнение к подслушивающему устройству у активных локаторов есть своего рода устройство генерации сигналов. Два устройства не обязательно размещать вместе.
СОНАР или сонар (звуковая навигация и определение расстояния) - это метод, использующий распространение звука под водой (или иногда в воздухе) для навигации, связи или обнаружения другие суда. Есть два вида гидролокаторов - активные и пассивные. Один активный гидролокатор может определять дальность и азимут, а также измерять радиальную скорость. Однако одиночный пассивный гидролокатор может определять местоположение только по пеленгу напрямую, хотя Анализ движения цели можно использовать для определения местоположения в диапазоне заданного времени. Несколько пассивных сонаров могут использоваться для определения местоположения дальности напрямую путем триангуляции или корреляции.
Дельфины, киты и летучие мыши используют эхолокацию, чтобы обнаруживать добычу и избегать препятствий.
Имея динамики / ультразвуковые передатчики, излучающие звук в известных положениях и времени, положение цели, оснащенной микрофоном / ультразвуковым приемником, может оцениваться на основе времени поступления звука. Точность обычно низка в условиях отсутствия прямой видимости, когда между передатчиками и приемниками есть засоры.
Сейсмические исследования включают генерацию звука волны для измерения подземных сооружений. Источники волн обычно создаются ударными механизмами, расположенными вблизи земли или воды, обычно падающими грузами, вибросейсмическими тележками или взрывчатыми веществами. Данные собираются геофонами, затем сохраняются и обрабатываются компьютером. Современные технологии позволяют с помощью такого оборудования создавать трехмерные изображения подземных горных структур.
Поскольку стоимость соответствующих датчиков и электроники снижается, использование технологии звукового измерения становится доступным для других целей, например, для определения местонахождения дикой природы.
