第1章引言

1.1 背景

在现代战争中，枪声往往是士兵对敌人存在和即将发生的交战的第一个警告。因此，枪声定位问题对国防和民事执法行业至关重要，因为它可以应用于狙击手和敌人的交战检测、被动犯罪检测以及非洲的反盗猎工作等等[1]-[3] 。目前正在对这一问题进行大量研究。在军事应用中，枪击检测技术在交战或反狙击行动的初始阶段可能是一个决定性因素。对枪击的快速和准确的到达方向（DoA）的确定直接有助于对战斗空间的认识，允许快速、有效和可操作的决定和部署反措施，这将增加以最小的伤亡完成任务的可能性。

实际上，存在各种枪击确定方法，包括非声学和声学手段。非声学手段主要是对枪击的闪光和/或枪支或敌方攻击者身体发出的热量进行电光探测[4]。另一个来源是步枪瞄准镜上的逆反射光[5]。所有这些都可以通过各种成像技术进行搜索，如普通的日光相机和更有可能的红外成像设备。定位可以通过一个单一的成像设备或此类设备的阵列来实现。电子光学方法的一个关键限制是需要从传感器到热源的直接视线，因为光在热不透明物体周围的衍射很小。其他限制包括可能隐藏定位所需特征的背景辐射[4], [5]，以及当前成像方法的狭窄视野，要求传感器指向正确的方向。尽管许多电光探测系统可用于探测和定位各种战场相关物体，在许多任务中发挥着关键作用，但声学探测更适合于枪击探测和定位。

声学是确定枪击DoA的一种更常见的方法，也是最近许多研究工作的重点，正如第2章中所讨论的。许多商业系统也存在，包括雷神公司的Boomerang III，它目前正被部署在战斗空间，以支持和保护我们的部队[6]。声学系统有几个优点，最大的优点是它们能够探测和定位来自任何方向的枪声，即使枪源被遮挡在障碍物后面[7]。在战场上，这种全方位的探测是至关重要的，因为传感器系统不可能因为碰巧指向不同的方向而错过一枪。这允许一个容易设置和忘记的系统，它将被动地在后台工作，不需要额外的海军陆战队来控制和指挥。

目前的声学系统几乎完全依赖全向麦克风阵列，如第二章所述。全向传声器很容易获得，并提供前面讨论的被动的360度聆听能力。因此，它们似乎是确定DoA应用的明显选择。不幸的是，它们的全向性正是使它们无法单独确定入射方向的原因。因此，必须将多个全向型麦克风连接成一个分布式阵列，以实现DoA测定功能。有多种方法可用于确定声音在传声器阵列上的入射角，如相位动力转向，但最常见和最容易实现的是所谓的到达时间差算法。应用这种技术需要传声器在空间上的分布。不幸的是，这导致了枪击DoA测定系统相对较大、繁琐，而且往往太重或不切实际，无法由单个战斗人员携带，而是需要固定地点或车辆安装。虽然它们仍然是能力惊人的系统，但一个较小的士兵运输系统，提供同样的覆盖范围和能力，将非常有利于提高战场上的战斗空间意识、指挥和控制，以及生存能力。

在海军研究生院（NPS），研究人员目前正致力于开发这样一个系统。该系统依赖于受寄生蝇Ormia Ochracea启发的微机电系统（MEMS）传感器。这些MEMS传感器显示出有希望能够检测到传来的枪声的方位角，只需两个拼在一起的Ormia Ochracea启发的传感器和一个商业MEMS全向麦克风。这意味着，与目前商业系统的分布式阵列不同，这个确定方位的系统将是小而轻的，并且容易被地面上的个人作为步枪/头盔附件或单独的手持设备携带。