攻击源定位问题的研究
收稿日期:2002206222;修返日期:2002210209
基金项目:航空科学基金资助项目(01F51054);总装备部“十五”预研资助项目(418010703)
攻击源定位问题的研究3
夏春和,王海泉,吴 震,王继伟
(北京航空航天大学计算机科学与工程系,北京100083)
摘 要:绝大多数网络攻击都使用伪造的IP 地址,使被攻击者很难确定攻击源的位置,从而不能有针对
性地实施保护策略。能否找到一种类似于T raceroute 方法的逆过程,能追踪报文的传输路径,是网络安全领域的一大难点。对攻击源定位问题进行了深入的研究、分析,对每一种方法进行了算法抽象,并用流程图描述,其中重点阐述了针对拒绝服务攻击的定位方法———采样标记法。最后通过研究、比较当前所有的定位方法,归纳出攻击源定位问题的本质及其数学模型。关键词:网络安全;攻击源定位中图法分类号:TP393108 文献标识码:A 文章编号:100123695(2003)0820020205
Research of Tracing Attack
XI A Chun 2he ,W ANG Hai 2quan ,W U Zhen ,W ANGJi 2wei
(Dept.o f Computer Science &Engineering ,Beijing University o f Aeronautics &Astronautics ,Beijing 100083,China )
Abstract :M ost of the netw ork attacks use spoofing IP address ,which makes it very difficult to tracing attack to its real origin.Several tracing attack meth ods are discussed ,analyzed and abstracted ,especially th ose meth ods of s olving denial of service attacks.T he core al 2g orithms of each meth ods are described in flowchart.Finally ,these meth ods are com pared ,then a mathematical m odel is educed ,it re 2veals the essence of the tracing attack problem.K ey w ords :Netw ork Security ;T racing Attack
1 引言
所谓攻击源的定位就是当攻击正在进行时或已经结束后,根据现有的所能获得的信息来确定攻击者的位置,按照准确度的逐渐提高,可分为定位到发起攻击的网络、主机、进程、用户。
当前网络安全的威胁日益严重,从发送一个报文就可以导致系统崩溃到随处可以下载运行的用于进行分布式拒绝服务攻击的脚本的泛滥,绝大多数攻击都使用伪造的IP 地址,使被攻击者很难确定攻击源的位置,从而不能有针对性的实施保护策略,也阻碍了入侵反击、恢复功能的发挥,因而攻击源定位问题在网络主动防御体系中占有重要的角色,是入侵反击,恢复的前提,它也为事后的法律制裁提供重要的证据。
就目前的研究状况来说,该领域的研究基本上刚处于起步阶段,至于成功的应用,还未见报道。在现有的技术水平下,要准确地将攻击源定位到某个进程或用户是很难做到的,就是要定位到某一台主机也有很大的困难。本文将致力于追踪攻击路径的研究,通过追踪攻击源的攻击路径来尽可能地定位。
2 攻击源定位技术的研究
攻击源定位技术按追踪的时效性分为两大类:攻击进行时进行定位的技术和事后定位技术。按照攻击源的性质来分,可以分为定位产生大量攻击报文(如Denial of Service )的攻击源定位技术和追踪只用少量报文(如Ping of Death )的攻击源定位技术。就定位的效果及易用性来说,事后定位的技术要优于只能在攻击进行时才能定位的技术,能追踪少量报文的定位技术要优于只能针对产生大量报文的定位技术,但是在现有技术、系统开销、实施难易、兼容性等诸多因素的制约下,许多方法都是进行了折中。下面将分类研究各种技术。为了描述方便,说明时参考如图1
所示的网络拓扑结构图。
图1 网络拓扑
211 攻击进行时攻击源定位技术
只能在攻击进行时才能追踪的攻击源定位技术基
于一种递归的算法:从离被攻击者最近的路由器开始,然后查找与其相邻的路由器,找到转发攻击报文的相邻路由器,再以此为基础,继续查找其相邻的路由器,直到找到攻击源或是查找到网络的边界为止。有两种方法
可以达到此目的:输入调试法(Input Debugging )和受控的
淹没法(C ontrolled Flooding )。
(1)输入调试法(Input Debugging ,ID )
当前主流的路由器都具有查找符合某种模式报文的输入接口的功能,因此可以利用这一特性进行攻击源定位。图2是ID
法工作流程图。
图2 I D 方法的算法流程图
如图2所示,对于攻击路径{A 1,R 1,R 4,R 6,V},入侵检测系统首先检测到攻击开始,并可以快速确定来源于上游路由器R 6,在将攻击报文的特征提取出来后,构造相应的路由器过滤器,然后由入侵响应系统通过带外信道安装到R 6上。R 6进行输入调试,发现攻击报文来自于路由器R 4,结果反馈给入侵响应系统,该系统构造R 4的过滤器,进行安装、输入调试,找到上游路由器R 1,再重复上述过程,找到攻击源A 1。
(2)受控的淹没法(
C ontrolled Flooding ,CF )
受控的淹没法是一种基于链路测试的方法。其基本思想是通过猝发的大量报文去淹没与其直接相连的链路,借以观察对攻击者的影响来定位攻击源。该CF 法的工作流程如图3所示。
图3 CF 法的算法流程图
如图3所示,对于攻击路径{A 1,R 1,R 4,R 6,V},当入
侵检测系统检测到V 受到源自R 6的攻击时,启用入侵响应系统对R 6的除与被攻击者相连的链路外的每一条链路,按照一定次序分别用猝发的大量报文进行淹没,从而造成拥塞而引起丢包。通过观察每次进行淹没时对收到的攻击报文的影响而确定最可能的攻击链路。首先对R 6与R 4之间的链路进行淹没,发现收到攻击报文的速率骤减,因而定位到R 4。接着对R 4与R 1之间的链路进行淹没,收到攻击报文的速率大为减小,因而可以确定攻击来自于R 1。对R 1重复上述过程,便可定位到攻击源A 1。
212 事后定位的攻击源定位技术
下面将研究同攻击是否完成无关,只要搜集到一定的信息,就能对攻击源进行定位的方法,从而能够在攻击完成后对攻击源进行事后调查。
事后的攻击源定位因为要求进行事后分析,所以必须要有攻击信息的提取、记录及保存机制,使得可以在攻击结束后根据这些信息来推导出攻击源的位置。显然,这样必须对网络中的设备作一定的设置或者修改。
(
1)路由器日志法
一种简单直观,最容易想到的方法就是利用路由器的日志功能,对其所转发的报文进行记录,在检测到攻击后便可以通过查询这些日志来追溯到攻击者。路由器日志法的工作流程如图4所示。
图4 路由器日志法的算法流程图
(2)路径记录法
在IP 报文头的IP 选项里有一项路径记录功能,
可
以用来记录报文从攻击者到目的机所经过的路径上的各路由器的IP 地址,路径记录法就是利用该功能来记录路径信息。其报文格式如图5所示,其中灰色阴影部分表示路径记录选项。
图5 带路径记录选项的IP 报文结构图
其中,“选项码”为7,表示路由器在转发报文时,要
将自己的IP 地址添加到报文中。“长度”指出IP 数据报发送主机预先分配该IP 地址存储区域的大小,“指针”
指向该存储区域内下一个用于存放IP 地址的位置,如果预先分配的地址区域大小不足以记录下全部路径,IP 协议将放弃记录余下的地址。
该算法很简单,如图6所示。
图6 路径记录法的算法流程图
213 针对DOS 攻击的攻击源定位法
当前日益肆虐的DOS (Denial O f Service )攻击对系
统,特别是网络造成了极大的影响,使企业蒙受巨大的经济损失,而且,它的发展远远地把防范措施抛在后面。在发生频率、危害程度,以及攻击水平上都有质的飞跃。因此,对DOS 的防范成为当前的热点。过去防御DOS 攻击的方法主要采用“容灾”方法,而目前兴起的主动防御体系里则提倡找出攻击源达到“斩草除根”的目的。
DOS 攻击有两个显著的特点:大量的攻击报文和攻
击的持续性,这样对攻击源的定位问题也就可以使用特别的方法,如利用概率统计的采样法或者报文标记法。下面我们重点剖析IC MP 定位报文法和采样标记法。
(1)IC MP 定位报文法
IC MP 定位报文法的基本原理是引入新的IC MP 定位报文(IC MP T raceback M essage )。当路由器转发报文时,以极小的概率p 发送对数据包的一个特殊形式的拷贝,该拷贝是一种特殊定义的IC MP 数据包,其中加载发送它的路由器的IP 地址,以及前一跳和后一跳路由器的IP 地址和诱发它的数据包的信息,发给目的地。当目的地收到足够多的IC MP 定位报文时,报文传递的路径和源头就可以确定了。
IC MP 定位报文的数据区包括表1中的几个部分。
表1 IC MP
定位报文的构成及各部分功能
名称
用途
本地接收接口名称报文来自相邻路由器接口名称上一跳接口地址
报文来自相邻路由器接口的IP
地址
本地接收接口地址本路由器接收报文的接口的IP 地址本地发送接口名称报文将要转发相邻路由器接口名称本地发送接口地址本路由器发送报文的接口的IP 地址下一跳接口地址
报文将要转发至路由器的接口的IP 地址时间戳
采样时的时间
身份认证信息防止攻击者伪造IC MP 定位报文采样报文存储区
存储采样的报文本身
IC MP 定位报文法的工作流程如图7所示。
图7 IC MP 定位报文法的算法流程图
如图8所示,我们用A 1对V 的攻击作为例子。对于攻击路径{A 1,R 1,R 4,R 6,V},每个路由器都按预定的小概率(如0100005)对转发的报文进行采样,构造相应的IC MP 定位报文。
图8 一个攻击示例图
在被攻击端,当入侵检测系统检测出攻击报文后,
按照攻击报文对比收到的IC
MP 定位报文中采样报文存储区,然后进行过滤,将符合的挑选出来,如图9所示。首先查找到下一跳接口地址为被攻击者的IP 地址(176166188177)的IC MP 定位报文是路由器R 6发出的,然后如图中箭头所示,逆向追踪到路由器R1发出的IC MP 定位报文,发现其上一跳接口地址不再是路由器,此过程结束,定位到攻击源。
图9 路由器根据图9所示的攻击所构造的
相应IC MP 定位报文
(2)采样标记法
采样标记法的核心思想是路由器在转发报文时按照一定的概率将部分路径信息编码进报文中,随着报文一起到达目的地,最后目的地根据大量分别到达的报文里的部分路径信息重构出完整的路径信息。下面,我们将对节点采样标记法、边采样标记法和重载IP 报文头标识域的压缩边采样标记法逐一进行介绍和分析。
①节点采样标记法
节点采样标记法在IP 报文头里预留一个4字节的“节点”域。当路由器转发报文时,都以概率p 将自己的IP 地址写入该域。设报文从路由器到目的地要经过d 跳,则目的地收到该路由器以概率p 标记过的报文的概率为p (12p )d 21,它是一个严格递减函数,因而在目的地收到的带有路由器标记的报文的数量随路由器离目的地距离的增加而减少。这样就可对收到的带有标记的报文按照不同的标记进行计数,然后按照大小进行排列,就可得到报文的传播路径。其算法如图10所示。
图10 节点采样标记法的算法流程图
节点采样标记法是根据对收到的带有路由器标记的报文按照不同的标记进行计数,然后按照大小进行排列,从而得到报文的传播路径。在d =15,p =0.51的情况下,被攻击者要平均收到42000个报文,其中才有一个是距离最远的路由器采样过的报文。因而该方法在样本空间必须特别大的情况下才能正常工作,否则将不能确定路由器的先后次序或颠倒先后次序。
②边采样标记法边采样标记法将“边”的信息写入报文,它在报文头里预留三个区域:起点、终点和距离。当路由器转发报文时,以概率p 进行采样标记,将自己的IP 地址写入起点域,距离置0。当路由器检测到距离值为0时,将自己的IP 地址写入终点域,同时将距离加1,这样就代表了自己和前一个路由器之间的“边”。如果路由器不对报
文进行标记,就将其距离加1,这样,距离值就代表对报
文进行标记的路由器到目的地所经过的路由器的个数。
其算法如图11
所示。
图11 边采样标记法的算法流程图
边采样标记法解决了节点采样标记法必须要巨大
的采样空间的问题。对d =15,p =011的情况,平均只要
收到
ln (15)
0.1×(120.1)1521
≈119个报文就可以准确地重建路
径了。该方法最大的缺点在于它需要在IP 报文头里预留三个域,因此引起与现有IP 协议的兼容性问题。
③重载IP 报文头标识域的压缩边采样标记法
边采样标记法对IP
报文需要增加9字节的开销,起点域、终点域各4字节,距离1字节。在同构网络中,我们可以将这些信息编码进MP LS 标记栈里。如果在异构网络中,我们可以将采样信息保存在IP 选项里,但这将使路由器的性能急剧下降,同时对采样的报文也可能没
有预留空间来存储这些信息。因此我们对上述边采样
标记法进行改进。
调查表明,IP 报文在网络中传输时被分片的概率不超过0125%,同时网络层对报文的分片是端对端的处理,因此当前的网络会自动地执行MT U 发现(MT U Dis 2covery )来避免对报文的分片,
这样我们就可以利用IP 报文头的用于分片标志的标识域来记录路径信息。
我们将IP 报文头的标识域分成两个子域:一个用于记录距离,5位;另一个子域11位,用于记录相邻路由器的信息,如图12所示。
图12 重载IP 报文头标识域
距离用5位来表示,网络的直径可以达到32跳,可
以满足一般规模的网络的需要;相邻路由器的信息只有11位,采用哈希函数,将32位的IP 地址压缩编码为11位,该算法仅保留一条边上两个节点的IP 地址的异或结果。例如,开始节点是A ,结束节点是B ,则保留“A B ”为结果,存放在分片标志的标识域中。只有离受害主机的距离为1跳的路由器其采样包的标识域中存放的是该路由器的地址。利用异或运算的特性:x y x =y ,利用采样得到的相邻路由器信息可逆推得到攻击源,如图
13所示。
图13 利用异或函数的特性,进行攻击路径的重建
重载IP 报文头标识域的压缩边采样标记法巧妙地利用IP 报文头里极少用到的标识域,并将路径信息利用哈希函数进行压缩编码,不像其它方法,要给网络增加额外的流量,同时也使路径信息随报文一起被“捎带”到目的地,大大提高了效率。同时利用异或运算的特性,在被攻击者端能高效逆推得到攻击路径,是一种高效、可行的方法。但它在路由器不得不对超过最大传输单元(M aximum T rans fer Unit ,MT U )进行分片时,该算法失效,只有当足够数量的不进行分片操作的报文通过路由器并被采样标记后,该算法才能工作。
3 几种定位技术的比较
上面分析的攻击源定位技术各有千秋,没有一种方法能够完美地解决定位难题。它们各有侧重,从不同的角度,针对某一类攻击来追踪攻击源。下面从六个方面来进行对比:
(1)管理开销。除输入调试法和路由器日志法需要安全工作者或系统管理员介入人工干预外,其余定位技术都由路由器和被攻击者自动执行,管理开销相对较小。
(2)网络开销。因为受控淹没法要依次对链路进行淹没测试,因而将对网络产生巨大的负载,而输入调试法和路由器日志法基本没有增加任何网络流量,其它几种方法都是基于采样的算法,网络开销也不大。
(3)路由器开销。除受控淹没法外,其余方法都要修改路由器的设置,使其在转发报文时能记录路径信息。路由器日志法需要路由器对转发报文作日志记录,将极大地降低路由器的性能。输入调试法和路径记录法对转发的每个报文都要进行处理,路由器开销也较大。其余的方法都基于采样算法,开销相对较小。
(4)实现难易。受控淹没法要求依次对可能的链路进行淹没,要产生这样的效果,本身就是一种拒绝服务式攻击。另外路径记录法要求攻击者主动启用路径记录选项,这很不现实,因而只能在可控网络(如Intranet 、ISP 内部)的边界上强制启用该选项。其余方法只需对相应的路由器进行修改,增加记录路径信息的功能便可实现。
(5)事后处理能力。路由器日志法和路径记录法对每个转发的报文都记录了完整的路径信息,因而要提取攻击路径非常方便,具有优秀的事后处理能力。而输入调试法和受控淹没法必须要在攻击发生时才能工作,因而不具有事后处理能力。其余的方法都能在攻击完成后再找出攻击路径。
(6)兼容性。受控淹没法对路由器不需要做任何改动,因而对现有网络有良好的兼容性。输入调试法、路
由器日志法和路径记录法都是利用路由器现有的功能来记录路径信息,也兼容现有网络。IC MP定位报文法要引入新的IC MP报文,而且目前它还没有正式列为RFC 规范,因而只能在可控的内部网使用,兼容性差。节点采样标记法和边采样标记法也需要对IP报文头进行修改,虽然很容易实现,但毕竟与现有的IPv4协议不兼容,在使用该方法时必须进行修改。而重载IP报文头标识域的压缩边采样标记法只是对IP报文头的标识域进行了重用。在当前网络中,已经很少对IP报文进行分片的情况下,该方法能很好地兼容现有的路由器、IPv4协议。
上述比较的结果如表2所示。
表2 比较结果
管理开销网络开销路由器开销实现难易事后处理能力兼容性输入调试法高极低高容易不能好
受控淹没法低极高低难不能好
路由器日志法高极低极高容易优秀好
路径记录法极低低高难优秀好
I C MP定位报文法低低低容易有差
节点采样标记法低低低容易有较差
边采样标记法低低低容易有较差重载IP报文头标识域
的压缩边采样标记法低低低容易有较好
4 结束语
攻击源定位问题一直是困扰着网络安全专家的一个难题。随着人们对网络安全性要求的日益提高,追踪攻击源,进行针对性的防护,甚至进行攻击反击成为当前研究的热点。本文对攻击源定位问题进行了深入的研究、分析,介绍了输入调试法、受控的淹没法、路由器日志法,以及专门针对DOS的IC MP定位报文法,并由浅及深地详细分析了节点采样标记法、边采样标记法和重载IP报文头标识域的压缩边采样标记法。对每一种方法进行了算法抽象,并用流程图描述,还重点阐述了针对拒绝服务攻击的定位方法。最后通过研究,比较当前所有的定位方法,归纳出攻击源定位问题的本质及其数学模型。现有的方法只能对攻击者追踪到实施了追踪功能的网络的边界,进一步的追踪只能通过网络间的协调进行了。随着IPv6的推出,攻击源定位问题的解决有望得到实质性的进展。
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作者简介:
夏春和(19652),男,副教授,北京市网络技术重点实验室主任,主要从事计算机网络安全与网络管理技术研究;王海泉,男,硕士研究生,研究方向为网络安全中的行为分析技术;吴震,男,硕士研究生,研究方向为网络安全中的主动防御技术;王继伟,男,硕士研究生,研究方向为网络安全和网络管理。
(上接第16页)分析结果表明,三种隐藏方法对于TCP传输均适用,其中Seq方法和Ack方法安全性更高,隐藏信息量更大。而UDP协议由于是面向无连接服务,不能保证数据的完整性,因此不适合隐藏信息。对于本文中的信息隐藏工作可作如下改进:设计程序的友好界面,用图形选项设置参数;在隐藏信息的源文件末尾增加结束字符,或在客户发送数据时,增加发送数据的长度,以便服务器检测接收后自动结束。在IP首部和TCP首部均有可选项Options,在TCP首部还有保留位Reserved,属于不敏感域,可以考虑在这些域修改信息,以发送隐藏信息。在本文工作的基础上,将对用上述方法隐藏的信息提出检测的方案。并且将研究W indows XP对原始套接字的更大支持,以寻求更多的信息隐藏方法。
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北京:机械工业出版社,20001
作者简介:
唐作吟(19782),女,硕士研究生,研究方向为网络通信、信息安全;杨宗凯(19632),男,教授,博士,研究方向为网络通信、信息安全、电子商务、远程教育等;谭运猛(19722),男,讲师,博士,研究方向为网络通信、信息安全等;何建华(19762),男,副教授,博士,研究方向为通信网络、多媒体编码与传输等。
基于MATLAB的声源定位系统
基于MATLAB的声源定位系统摘要 确定一个声源在空间中的位置是一项有广阔应用前景的有趣研究，将来可以广泛的应用于社会生产、生活的各个方面。 声源定位是通过测量物体发出的声音对物体定位，与使用声纳、雷达、无线通讯的定位方法不同，前者信源是普通的声音，是宽带信号，而后者信源是窄带信号。根据声音信号特点，人们提出了不同的声源定位算法，但由于信号质量、噪声和混响的存在，使得现有声源定位算法的定位精度较低。此外，已有的声源定位方法的运算量较大，难以实时处理。 关键词：传声器阵列；声源定位；Matlab
目录 第一章绪论 (1) 第二章声源定位系统的结构 (2) 第三章基于到达时间差的声源定位原理 (3) 第四章串口通信 (5) 第五章实验电路图设计 (8)
第六章总结 (16) 第七章参考文献 (17) 第一章绪论 1.1基于传声器阵列的定位方法简述 在无噪声、无混响的情况下，距离声源很近的高性能、高方向性的单传声器可以获得高质量的声源信号。但是，这要求声源和传声器之间的位置相对固定，如果声源位置改变，就必须人为地移动传声器。若声源在传声器的选择方向之外，则会引入大量的噪声，导致拾取信号的质量下降。而且，当传声器距离声源很远，或者存在一定程度的混响及干扰的情况下，也会使拾取信号的质量严重下降。为了解决单传声器系统的这些局限性，人们提出了用传声器阵列进行声音处理的方法。
传声器阵列是指由一定的几何结构排列而成的若干个传声器组成的阵列。相对于单个传声器而言具有更多优势，它能以电子瞄准的方式从所需要的声源方向提供高质量的声音信号，同时抑制其他的声音和环境噪声，具有很强的空间选择性，无须移动传声器就可对声源信号自动监测、定位和跟踪，如果算法设计精简得当，则系统可实现高速的实时跟踪定位。 传声器阵列的声音信号处理与传统的阵列信号处理主要有以下几种不同： （1）传统的阵列信号处理技术处理的信号一般为平稳或准平稳信号，相关函数可以通过时间相关来准确获得，而传声器阵列要处理的信号通常为短时平稳的声音信号，用时间平均来求得准确的相关函数比较困难。 （2）传统的阵列信号处理一般采用远场模型，而传声器阵列信号处理要根据不同的情况选择远场模型还是使用近场模型。近场模型和远场模型最主要的区别在于是否考虑传声器阵列各阵元因接收信号幅度衰减的不同所带来的影响，对于远场模型，信源到各阵元的距离差与整个传播距离相比非常小，可忽略不计，对于近场模型，信源到各阵元的距离差与整个传播距离相比较大，必须考虑各阵元接收信号的幅度差。 （3）在传统的阵列信号处理中，噪声一般为高斯噪声(包括白、色噪声)，与信源无关，在传声器阵列信号处理中噪声既有高斯噪声，也有非高斯噪声，这些噪声可能和信源无关，也可能相关。 由于上述阵列信号处理间的区别，给传声器阵列信号处理带来了极大的挑战。声波在传播过程中要发生幅度衰减，其幅度衰减因子与传播距离成正比，信源到传声器阵列各阵元的距离是不同的，因此声波波前到达各阵元时，幅度也是不同的。 另外，当声音信号在传播时，由于反射、衍射等原因，使到达传声器的声音信号的路径除了直达路径外还存在着多条其它路径，从而产生接收信号的幅度衰减、音质变差等不
无源定位技艺的发展应用
无源定位技艺的发展应用 【摘要】无源定位是现代的重要搜索技术只需要单纯地接收电磁波信号，并根据实际情况进行分析即可，作用距离远、具有隐蔽性好。目前无源定位技术中有很多的方法，如频率定位（FM）、到达时间（TOA）定位、测向（DOA）定位、方位-到达时间（DOA-TOA）联合定位、测相位差变化率和测多普勒频移变化率定位等。 【关键词】无源定位发展运用 无源定位是相对于有源定位而言的，是指发射电磁波进行主动的搜索，这也是传统雷达工作的主要原理。而到了无源定位之后探测定位系统已经不需要再发射电磁波了只需要单纯地接收电磁波信号，并根据实际情况进行分析即可，作用距离远、具有隐蔽性好，就可以获得目标的位置和运动状态等信息。无源探测定位系统完全是处于被动的工作方式，无源定位系统中按照系统所接收电磁波的辐射源不同可以分为两类，一类是导航中常用的识别、探测、定位和跟踪运动目标，另一类中通过接收被探测目标辐射源的电磁信号对其定位和跟踪，其广泛运用在如测控、航天、航空、航海等各个领域，并发挥着突出的作用。 无源定位系统可以分为两类，单站无源定位和多站无源定位。多站无源定位顾名思义要比单站无源定位存在着很
多的观测平台，以双站、三站和四站为多，而且这些单位之间都是存在着联系的，一般会采用时差定位、方位信息关联等技术。单站无源定位即只利用单个观测平台对目标进行无源定位。从原理上看，单站采用的是几何学原理定位和运动学原理测距，能够在非线性滤波技术的辅助下对目标进行精度定位跟踪。多站无源定位往往是通过多个观测平台同步观测，从几何学的角度进行分析就是利用多条定位曲（直）线的汇聚来实现目标定位，首先需要将所有的信息集合起来，在进行分析。单站无源定位相对于多站而言，隐蔽性强、资源少具有机动性，但是获取的信息量相对较少。 目前无源定位技术中有很多的方法，如到达时间（TOA）定位、测向（DOA）定位、方位-到达时间（DOA-TOA）联合定位、测多普勒频移变化率定位等。 测向定位技术是无源定位系统中较为成熟的和使用得较多的方法，这种技术工作的基本原理是三角测量法，仅利用方向测量信息来确定未知目标的位置。不同位置的观测平台，对固定目标定位时运用交叉定位，但是并不能适用于所有的情况，在很多时候，“交叉”无法实现，因为目标也是在运动，这个时候就需要利用已知位置的地面辐射源，或对陆地或海面航行载体进行导航定位，这种技术数据量小，只需要测向和观测平台自身位置数据，但是实际应用中容易出现陷入局部极小点的情形，但是其实用性也是经过了检验
GPS单点定位精度分析
GPS单点定位精度分析 摘要：GPS单点定位因其体积小灵敏度高等优势在旅游、测绘等众多领域得到了广泛的应用，但测量精度低是其进一步推广的瓶颈。本文对GPS单点定位时，误差经过多长时间才会稳定在一个较小的范围内进行了研究。 关键词：GPS单点定位；手持GPS接收机；等精度观测值的最或然值人们在GPS应用过程中，一般都会采用相对定位的作业方式，以便于通过组差消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差以及削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性比较强的误差影响，以达到提高精度的目的。这种作业方式不需要考虑复杂的误差模型，具有定位精度高、解算模型简单等优势，但也有不足之处，比如作业时必须有两台以上的接收机，其中至少需要一台放在已知站点上观测，这样就影响了作业效率，增加了作业的成本。除此之外，随着距离的增加，电离层延迟、对流层延迟等误差相关性减弱，这样只有延长观测的时间，才能达到预期的效果和精度。因此，许多研究人员已经开始对单点定位进行研究。 1数据采集 本次实验所采用的工具为GARMINlegend传奇手持GPS接收机。选择四周空旷，易于接收GPS的信号的实验场地，可以减少多路径误差的影响。 本次实验的时间选在5月11日、5月13日、5月15日、5月17日、5月19日这5天下午15：00-16：00，实验日期的天气都是晴天少云，有助于提高GPS定位的精度。特征点选取后，在五天内利用手持GPS接收机，每天下午15：00-16：00对特征点进行1小时的连续观测。 2数据处理 由于条件的限制，没能得到特征点的真实坐标，由此只能用数学方法以求出特征点的平均坐标，这里使用最或然值法求特征点的坐标，即把手持GPS 接收机测得的特征点的坐标依次记录，并算出特征点的这些测量结果的经度最或然值、纬度最或然值和海拔高度最或然值。 为更好的提高GPS单点定位的精度，可以采取外部数据的处理方法即定位数据后处理的方法来提高手持GPS的定位精度。手持GPS接收机定位时，每输出一次定位数据仅需一秒钟，因此在持续的连续测量时，就可以测得大量的GPS 定位数据，定位数据后处理正是依据大量的测量数据，利用数学方法对这些测量数据进行处理，用以提高GPS 的定位精度。我们采用的最或然值法是一种简便可行的方法。 （1）出N、E、H的坐标值随测量时间的变化图。由于数据变化都在后两位数，为了数据处理简便我们支取后两位数进行处理，最后再加上前面的数据(如N37°23.280′、E117°58.966′我们分别只取了80和66)。利用Excel将数据依测量
基于FDOA的无源定位算法研究现状与展望
·28· 兵工自动化 Ordnance Industry Automation 2019-04 38(4) doi: 10.7690/bgzdh.2019.04.007 基于FDOA的无源定位算法研究现状与展望 李明哲1，李小将1，李志亮2 (1. 航天工程大学宇航科学与技术系，北京101416；2. 航天工程大学航天信息学院，北京101416) 摘要：为更好地解决在时间和方向测量精度低的情况下，仅利用到达频差(frequency difference of arrival，FDOA)进行定位求解的问题，对基于FDOA的无源定位算法现状和发展方向进行分析。在阐述FDOA无源定位基本原理的基础上，分析了定位问题的本质和定位算法的分类方法，结合基于定位观测量数据的定位算法和接收信号直接定位法的国内外研究现状，分析了FDOA无源定位算法存在的问题，指明了基于FDOA的定位算法的未来研究方向。该研究可为基于FDOA定位算法的研究提供参考依据。 关键词：FDOA；无源定位；定位算法；直接定位 中图分类号：TP302.7 文献标志码：A Research Status and Prospect of Passive Localization Methods Based on Frequency Difference of Arrival Li Mingzhe1, Li Xiaojiang1, Li Zhiliang2 (1. Department of Aerospace Science & Technology, Aerospace Engineering University, Beijing 101416, China; 2. School of Aerospace Information, Aerospace Engineering University, Beijing 101416, China) Abstract: In order to better solve the problem of passive localization using frequency difference of arrival (FDOA) only, in the case of low time and direction measurements precision, the research status and development direction of passive localization methods based on FDOA are analyzed. On the basis of expounding the basic principles of FDOA passive localization, the nature of localization problems and the classification of localization methods are analyzed. The problems in the localization methods using measurement data and the direct position determination methods using received signals are analyzed respectively, through the summary and comparison of research status at home and abroad, and the future research directions of the FDOA-based localization methods are pointed out. This study can provide reference for the research of passive localization methods based on FDOA. Keywords: FDOA; passive localization; localization method; direct position determination 0 引言 无源定位指侦察设备不向被探测目标发射无线电信号，只是通过接收电磁波信号对目标定位的一项技术[1]，一般可分为基于目标自身辐射信号的辐射源定位和基于第三方辐射信号的外辐射源定位。前者通过接收目标自身辐射的信号实现定位，后者通过外辐射源对目标进行照射，接收目标的散射信号，对目标实现定位[2]。文中定位特指获取目标的位置和速度信息。无源定位的主要侦察设备为无源雷达，相比有源雷达，它的主要优点是：1) 不需要主动发射脉冲，反侦察能力强，雷达本身的安全性较高；2) 只负责接收信号，可以全时工作，不受发射机静默周期的限制；3) 绝大多数的隐身技术和有源干扰技术针对有源雷达，减小目标在特定方向的雷达散射面积或信噪比，而无源雷达可以在对方不知道的情况下进行探测和定位，故其性能更加稳定； 4) 对于采用第三方辐射源方式的无源定位，即使在目标电磁静默的情况下仍可正常侦察[3]。综上所述，与传统有源定位相比，无源定位的方式更加安全且可以实现更好的定位效果。近年来，许多国家研制了无源定位系统，如捷克的VERA-E电子情报和无源空中监视系统、俄罗斯VEGA85V6-A三坐标无源定位系统、乌克兰“恺甲”空情监视定位系统、美国洛克希德·马丁公司研制的“沉默哨兵”被动探测系统、以色列的EL-L8300和EL-L8388无源定位系统、德国EADS防务电子公司的“FELS快速辐射源定位系统”等[4]。 无源定位从体制上可以分为基于到达角度的定位[5]、基于到达时差的定位[6]、基于到达频率的定位[7-8]和基于多种定位观测量[9]的联合定位。其中，基于到达频差(frequency difference of arrival，FDOA) 1 收稿日期：2018-12-16；修回日期：2019-01-14 基金项目：“高分专项”青年创新基金(GFZX04061502) 作者简介：李明哲(1990—)，男，黑龙江人，博士，从事运动目标无源定位系统研究。
定位技术研究分析综述
定位技术研究分析综述 发表时间：2019-05-13T15:58:53.293Z 来源：《知识-力量》2019年8月26期作者：王中宏汪国强[导读] 随着定位技术的研究与发展，其在人们的日常生活中也得到了越来越广泛的应用，在经济、军事等各行各业产生了一定的影响。文中首先介绍了定位技术的应用背景以及发展现状。然后介绍了目前主要的定位算法，包括基于无线传感器网络的定位技术及典型系统，以及主要的室内定位技术。以及衍生出来的各种定位技术。 （黑龙江大学，黑龙江哈尔滨 150000）摘要：随着定位技术的研究与发展，其在人们的日常生活中也得到了越来越广泛的应用，在经济、军事等各行各业产生了一定的影响。文中首先介绍了定位技术的应用背景以及发展现状。然后介绍了目前主要的定位算法，包括基于无线传感器网络的定位技术及典型系统，以及主要的室内定位技术。以及衍生出来的各种定位技术。最后指出了定位技术亟待解决的问题，以及对下一步进行相关研究的展望。关键词：无线传感器网络定位；典型系统；室内定位技术 1.前言 自从以GPS为代表的定位技术出现以来，其高效、方便、快速与准确的特点使人们的生活出现了巨大的变化，带动了一批应用和服务的快速发展。基于用户位置信息的相关技术的应用和发展，位置服务（LBS）已经成为人们日常工作、生活所必须的一项基本服务需求。无论是室内还是室外，人们对位置服务有着迫切的需要。 2.定位技术的发展现状 定位技术可以分为室外定位技术和室内定位技术两种。在室外环境下，全球定位系统（GPS）、北斗定位系统（BDS）等全球导航卫星系统（GNSS）为用户提供米级的位置服务，基本解决了在室外空间中进行准确定位的问题，并在日常生活中得到了广泛的应用。在室内环境下，由于障碍物的遮挡等问题，对室内定位技术的精度、成本、可靠性、覆盖范围以及响应时间有了更高的要求。 3.定位技术概述 3.1 基于无线传感器网络的定位技术 无线传感器网络是一种特殊的网络，可以应用于布线和电源供给困难以及人员不能到达的区域和一些临时场合等。它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点。基于无线传感为网络的几节点定位技术可以根据是否测距分为距离相关的定位算法和距离无关的定位算法。距离相关的定位算法分为基于事件时间的定位算法和基于角度的定位算法。基于时间的定位算法主要有基于到达时间和基于到达时间差的定位算法。基于到达时间的定位算法测量方式简单，但是只有在视距范围内定位精度较高，且要求严格的时间同步，其难点在于如何精准的测量时间，以及外界环境的影响。基于到达时间差的定位算法能够提高定位精度，但是对硬件要求较高，信号在传输过程中易受影响，应用场景单一。基于角度的定位算法主要有基于到达角和接受信号强的指示的算法。基于到达角的定位算法由一端发射信号，另一端有多个超声波接收器或天线阵列测出信号到达方向，据此得出发射端与接收端的相对角度，由三角定位估计接收端位置，但是需要增加硬件设备，对硬件尺寸、功耗、成本要求较高，易受环境影响。基于接收信号强的指示的定位算法具有低功耗、低成本的优点，但是存在噪声干扰，非视距下会产生多径效应、反射等问题，从而产生不同的路径损耗，增加建立信号衰减模型的复杂程度。 3.2典型的自定位系统 Cricket定位系统属于距离定位和松散耦合系统，采用RF和超声波收发器的TDOA技术。信标节点位置信息通过RF传送，若待定节点获得三个以上信标节点位置信息，就可采用三边定位法或极大似然估计法来估计待定为节点的位置。 RADAR系统可提供两种定位方式：场景分析和三边定位。场景分析在定位区域预先建立信标节点RF信号强度和传播距离之间的对应关系的数据库。定位时待定节点获得RF信号强度，并查询数据库，选择最小的位置作为待定位节点的位置。三边定位中，待定点通过RSSI 获得与三个以上信标节点的距离，采用三边定位法进行自身定位。RADAR仅需部署三个以上信标节点就可实现，且可为室内设备提供无线网络。但待定为节点必须支持无线网络连接，易受环境影响。 Active Badge系统属于室内定位系统，是粗粒度定位和符号定位的典型代表。通过以太网将放置在建筑物内部的红外接收信标节点连接在一起。待定为节点Badge周期性发送红外信号IR，IR信标节点所在房间即为待定为节点Badge位置。 3.3室内定位技术 目前，国内外研究者们提出了蓝牙、红外线、RFID、WLAN、超宽带、超声波等室内定位技术及应用系统，但是不同的室内定位技术根据其定位性能有一定的应用局限，还没有一种普适化技术能满足当前所有的室内定位服务需求。以下是目前国内外各种主流的室内定位技术的简单介绍。 红外定位精度在5-10米，优点是定位精度高，但是不能穿越障碍物，且造价较高，功耗较大且易受光干扰；超声波定位精度在1-10厘米，优点是定位精度高，结构简单，但是具有多径效应，衰减明显，受温度影响且成本较高；视觉定位精度在1厘米到1米，优点是环境依赖性低，但是其成本较高，稳定性低；蓝牙定位精度在2-10米，优点是功耗低，易集成，但是其定位距离短，稳定性低，受噪声干扰；Wifi 定位精度在2-50米，优点是易安装，精度高，但是工作量大，功耗大，易受其他信号干扰；RFID定位精度在5厘米到5米，优点是精度高，造价低，标识小，但是作用距离短，无通信能力，难于整合；UWB定位精度在6-10厘米，优点是穿透力强，精度高，功耗低，但是造价低；Zigbee精度在1-2米，优点是功耗低，成本低，但是其稳定性低，受环境干扰；惯性传感器辅助定位的定位精度在2-10米，覆盖范围低，长时间定位后误差较大；A-GPS优点是速度快，精度高，但占用大量通信资源，在使用手机密集的区域受网络堵塞影响；光跟踪优点是成本高，通信速率高，抗干扰能力强，但是定位范围小。 4.总结与展望 到目前为止。无线传感器网络已经取得了很大的进展，但是仍然存在一些问题。即规模大的无线传感器网络有定位误差积累的问题；定位所有节点的所耗时长较长，效率低下；节点定位的降低通信代价的问题；能耗与算法复杂度之间的平衡问题；动态移动节点的定位方法少的问题；目前都是信标节点辅助定位未知节点，仅依赖节点之间的协作、信息传输，实际定位的算法少；部署大规模的无线传感器网络硬件成本较高。
关于无源定位技术的应用与发展的思考
关于无源定位技术的应用与发展的思考 高程 中国人民解放军第四三二八工厂军械光电车间，山西长治, 046011 摘要：无源探测与定位系统因其具有有效对抗电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身武器的优点（四抗）,日益受到各国武器装备研究机构的重视,并得到超常规发展和广泛应用，本文从分析无源定位装备及关键技术，阐述了无源定位体制与装备的发展趋势。 关键词：无源；定位技术；四抗 电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身武器已成为当今雷达面临的四大威胁，传统的有源雷达不仅很难完成预定的任务，而且自身的生存也成了紧迫的问题。被动探测系统本身不发射电磁波，完全是被动工作方式，受到各国的广泛重视。其优点在于工作时本身不发射电磁能量，具有良好的隐蔽性，能有效地抵抗反辐射导弹和反侦察定位系统，生命力强，适应环境快。无源定位技术与收发分置的双基或多基雷达系统类似，且工作在甚高频和超高频，因此能更有效地对隐身目标进行探测定位。无源雷达系统自身不发射信号，省去了昂贵的高功率发射机和收发开关及相关电子设备，使系统制造和维护成本大幅降低。外辐射源的天线都设置在贴近地面的高处，因此对低空飞行的飞机和巡航导弹有利，具有良好的抗低空突防性能。 1、无源定位技术概述 无源探测定位系统本身并不携带辐射源，只接收、处理包含目标位置、运动状态的信号进行目标探测和定位。从信号的形式上进行分类，可将各种无源探测定位系统分为基于可见光波、红外波、紫外波、声波和电磁波等信号的无源探测定位系统。很多现有装备中采用多种技术手段相配合的方案，无源定位装备体系结构与光波、声波等信号形式相比，电磁波具有穿透能力强、受环境影响小和作用距离远等优势，成为无源定位系统普遍采用的重要信号形式。根据电磁波信号的来源不同可将无源定位系统分为利用非协作外辐射源信号和利用目标辐射源信号两大类。利用非协作外辐射源的无源定位系统是利用非协作外辐射源的无源定位系统，指无源定位系统不是接收目标辐射源辐射的信号，而是接收目标以外的辐射源辐射的信号及经过待定位目标散射后的信号进行探测和定位。非协作外辐射源信号包括广播电台、电视台、通信台站、直接广播系统等民用辐射源，民用辐射源具有工作频率低、覆盖范围广、低空无盲区和发射功率大等特点。所以利用非协作外辐射源信号的无源定位系统具有较好的反隐身性能和低空探测性能，利用目标辐射源的无源定位系统是通过截获处理待定位目标自身携带的信号辐射源所辐射的来波信号进行定位。 2、无源定位技术体制与装备现状 无源探测定位系统在电子对抗领域应用较早，目前无源定位体制与装备主要有多基地无源定位体制与装备、多站无源定位体制与装备、单站无源定位体制与装备和网络化无源定位体制与装备等。多基地无源定位技术体制与装备多基地无源定位通过比较直射信号、目标反射信号来探测目标并测定其坐标及运动参数。为适应网络中心战的作战要求，网络化无源定位在每个观测平台都能实现单站无源快速、高精度定位的基础上，利用网络技术和数据融合技术，将多个平台的单站无源定位系统组网，通过战术目标瞄准网络技术网络及相应的软件和算法，实现多个平台的组网无源定位。在网络中心战的作战环境中，单站无源定位系统既可单独对目标辐射源进行定位和跟踪，还可在网络的支持下，成为多站无源定位系统的一个传感器单元[1]。国外几种典型无源探测系统，捷克研制的TAMARA-B无源探测系统，主要用于对空中、海上及陆地目标定位和目标信号特性检测，可作为预警探测系统和侦察系统。塔马拉系统由三个测量站，中心站、左站及右站组成，通过测量到达时间差对目标进行二维定位。EL/L8300G电子支援系统，以色列研制的地基被动式电子支援系统，用于对空监视和空
定位技术
《无线传输与定位技术》 期末大作业 姓名：学号：
一、定位技术基本概述 1、什么是定位？ 无线定位是指利用无线电波信号的特征参数估计特定物体在某种参考系中的坐标位置。其最初是为了满足远程航海导航和军事领域精确制导等要求而产生的，20世纪70年代全球定位系统（GPS）的出现使得定位技术产生了质的飞跃，定位精度可达到数十米范围。 按照探测目标的方式，定位技术可分为有源定位和无源定位。有源定位系统是通过主动发射电磁波来探测目标，定位精度高但是极易受到敌方干扰和攻击。为了弥补有源定位方法的缺陷，人们在积极改进有源定位性能的同时也开始了无源定位问题的探索和研究。无源定位是指在不发射对目标照射的电磁波的条件下获取目标的位置。 2、为什么要定位？ 自20世纪40年代定位技术初步应用与测绘和军事领域以来，特别是海湾战争以来，人们越来越认识到定位的重大作用。对于军用系统而言，它有助于提高武器的打击精度，为最终摧毁敌方提供有力的保障；就民用系统而言，可以为目标提供可靠的服务，起到安全保障的作用。目前，无线定位技术已经广泛应用于社会生活的众多领域，成为各国在军事、国防、科技等领域较量的一个主要场所，也成为衡量一个国家综合实力的重要指标之一。 在军事领域，以目标被动式精确跟踪与定位为主要研究方向的辐射源无源定位技术正受到越来越广泛的重视。通过对辐射源信号的截获和测量，并利用相应的算法求解，无源定位系统即可获得目标的位置和轨迹。相随与雷达等有源探测系统，无源定位系统具有隐蔽性好、抗干扰性强、作用距离远等优点，这对于提高侦查探测系统在现代化高强度电子战环境下的生存能力具有重要意义，因此被广泛应用于被动声呐、红外跟踪、空间飞行器系统的导航和定位之中。辐射无源定位技术，因其在电子对抗中的巨大作用而倍受重视，是各国重要的研究项目。 在民用领域，无线定位技术被广泛应用于海洋、陆地和空中交通运输的导航，并在地质勘探、资源调查、海洋测绘、海上石油作业、地震预测、气象预报等领域得到广泛应用。 近年来，定位技术开始应用于蜂窝网系统设计、信道分配、切换、E-911紧
机器人的声源定位——基于NAO机器人
Abstract One of the main purposes of having a humanoid robot is to have it interact with people. This is undoubtedly a tough task that implies a fair amount of features. Being able to understand what is being said and to answer accordingly is certainly critical but in many situations, these tasks will require that the robot is first in the appropriate position to make the most out of its sensors and to let the considered person know that the robot is actually listening/talking to him by orienting the head in the relevant direction. The “Sound Localization” feature addresses this issue by identifying the direction of any “loud enough” sound heard by NAO.Related work Sound source localization has long been investigated and a large number of approaches have been proposed. These methods are based on the same basic principles but perform differently and require varying CPU loads. To produce robust and useful outputs while meeting the CPU and memory requirements of our robot, the NAO’s sound source localization feature is based on an approach known as “Time Difference of Arrival”. Principles The sound wave emitted by a source close to NAO is received at slightly different times on each of its four microphones. For example, if someone talks to the robot on his left side, the corresponding signal will first hit the left microphones, few milli-seconds later the front and the rear ones and finally the signal will be sensed on the right microphone (FIGURE 1). These differences, known as ITD standing for “interaural time differences”, can then be mathematically related to the current location of the emitting source. By solving this equation every time a noise is heard the robot is eventually able to retrieve the direction of the emitting source (azimutal and elevation angles) from ITDs measured on the 4 microphones. FIGURE 1Schematic view of the dependency between the position of the sound source (a human in this example) and the different distances that the sound wave need to travel to reach the four NAO’s micro-phones. These different distances induce times differences of arrival that are measured and used to compute the current position of the source. KEY FEATURE SOUND SOURCE LOCALIZATION
无源定位
无源定位 雷达(RADAR)是无线电探测和定位这一英语字缩写后的音译。自雷达诞生以来，其技术有了长足的发展，它所能探测的目标的距离可以远至数千km以外，等效反射面积可以小于10-2m2，它对距离的测量精度可以优于1m。近期发展的雷达成像技术，对目标的分辨率已经做到只有几英寸。雷达探测目标所耗费的时间，也多在秒以下的数量级上。所有这些技术指标，都还在不断地提高。当利用电磁信号获取目标的位置信息时，总是首先想到雷达。雷达探测目标，有一点是共同的，那就是要先发射一个电磁信号，雷达实际探测的是目标对这个信号的反射回波。当人们用仿生学来研究时，雷达对目标定位就如同蝙蝠对目标的探测一样。大部分生物用眼睛对周围环境的目标定位，利用的是目标对外界的辐射，眼睛本身没有辐射信号。从这个意义上讲，利用电磁波对目标进行定位，也应该是可以不必故意发射信号的。这就是我们最早对无源定位的理解。. 实际上，如果仅从定位站本身没有辐射电磁波这一点来定义无源定位，那它可能包括的范围太广了。它可以是对外界目标的定位，也可以是对定位站自身的定位。可以说，所有的导航系统，包括现在具有广泛应用的全球定位系统，就是这后一种定位系统。在本书范围内，我们并不研究这一类的无源定位。对非定位站的目标的定位，按其机理的重大差异，至少可以分成三大类。第一类是目标发射信号，而且是被系统设计好的信号，也就是说，目标是定位的配合者，不妨把它叫做对配合目标的跟踪。显然，信号的设计和接收，有时还包括定时，在这一类中具有特别的意义，是它区别于其它类的主要点。第二类是目标发射非配合的信号，比如说，目标本身是一个雷达，它在工作时不停地发射信号，或者说，目标是一部电台，它在工作时也主动地发射信号，但是，它们都不是为了定位站而发射信号的。本书主要研究的是进行这一类定位的系统。第三类是目标并不有意地发射信号，只是无意地反射了其它辐射源照射到它的信号。由于信号反正不是定位站发射的，也不是配合的，这一类定位在原则上与第二类是相仿的。但是，与第二类相比，由于目标仅仅是反射信号，侦察定位站可能接收的信号强度将小得多。在这样的特定条件下，怎样接收信号并进行正常的定位，是其重要的特点，本书也将进行探讨。除去导航和跟踪，无源定位首先应用在电子对抗领域内，通过侦察接收机，截获雷达或通信等辐射源发出的电磁信号，用来确定这些辐射源及其平台的位置。电子对抗是敌对双方充分利用与电磁波有关的活动争取战争胜利的对抗行动。随着电子技术的迅速发展，电子对抗在战争中的作用日益加强，最近十几年发生的局部战争，已经充分地说明了电子对抗在现代战争中具有特殊的重要意义。可以肯定地说，在现代战争中电子对抗实力强的一方，总是占有主动权的一方。正是由于电子对抗在现代战争中的重要性，电子对抗技术作为一门新兴学科正在迅速成长。在电子对抗技术发展的初期，主要力量放在简单的侦察设备和干扰设备单机的开发、制造，并很快进行生产和装备。作为一个系统，无源定位在初期还没有来得及提到议事日程上来。然而，随着技术的进步，大量的无源定位活动已经开展，各种研究需要总结。人们通过电子侦察获取对方电磁辐射源的大量技术参数，而位置信息本来就是最重要的信息之一。在初期，人们仅仅使用单机侦察目标辐射源的方位，把多个单机在大致相同的时间上，或者一个单机在运动过程中的不同时间上，所获取的同一个目标的方位，绘制在同一张地图上，通过交叉，就得到了目标的位置。这样原始的技术显然需要升华。另外，作为对目标定位最有力的武器的雷达，也面临着越来越有威胁的对抗，这主要包括各种干扰和反辐射导弹的攻击。雷达只要工作，就需要发射信号，就可能受到威胁。无源定位无疑是雷达的一个极好的补充，由于它不发射信号，就不容易受到干扰和攻击，甚至没有使敌对方察觉定位系统正在工作。
声源定位系统毕业设计(论文)
0 前言 声音是我们所获取的外界信息中非常重要的一种。不同物体往往发出自己特有的声音，而根据物体发出的声音，人们可以判断出物体相对于自己的方位。有些应用场合，人们需要用机器来完成声音定位这个功能，并且往往要求定位精度比较高。2003年的美伊战争期间，人民网、CCTV网站的军事频道、国防在线等网站均报道了装配于美军的狙击手探测技术，这项技术其中一部分就包含了声源定位技术。 声源定位作为一种传统的侦察手段，近年来通过采用新技术，提高了性能，满足了现代化的需要，其主要特点是： 1）不受通视条件限制。可见光、激光和无线电侦察器材需要通视目标，在侦察器材和目标之间不能有遮蔽物，而声测系统可以侦察遮蔽物（如山，树林等）后面的声源。 2）隐蔽性强。声测系统不受电磁波干扰也不会被无线电侧向及定位，工作隐蔽性较强。 3）不受能见度限制。其他侦察器材受环境气候影响较大，在恶劣气候条件下工作时性能下降，甚至无法工作。声测系统可以在夜间、阴天、雾天、和下雪天工作，具有全天候工作的特点。 以下对美军装备的报道来自于《“巴格达之战”考验英军巷战武器装备》一文，该文刊登于2003年4月8日国防在线美伊战争专题。“狙击手声测定位系统通过接收并测量膛口激波和弹丸飞行产生的冲击波来确定狙击手的位置，通常仅能探测超音速弹丸。这种系统有单兵佩挂型、固定设置型和机动平台运载型。美国BBN系统和技术公司的声测系统，通过测量弹丸飞行中的声激波特性来探测弹丸并进行分类。该系统为固定设置型，采用2个置于保护区两侧的传声器阵列或6个分布在保护区内的单向传声器。传声器通过电缆或射频链路与指挥节点相连。为了准确定位，需事先确定传声器的距离，精度要在1米以内。该系统可探测到90％的射击，定位精度为方位1.2°、水平3°。此外，美国的“哨兵”和“安全”有效控制城区环境安全系统均是采用声测定位技术的反狙击手系统。
声源定位
声源定位（李子文） #include
lizard2 = atan(b/a); if(acos(d/sqrt(pow(a,2)+pow(b,2)))+lizard2 < R/2) lizard1 = acos(d/sqrt(pow(a,2)+pow(b,2)))+lizard2; else lizard1 = lizard2 - acos(d/sqrt(pow(a,2)+pow(b,2))); r = (pow(x1,2)+pow(y1,2)-pow(c*dt1,2))/(2*(x1*cos(lizard1)+y1*sin(lizard1)+c*dt1)); cout << "声源坐标为：（"< #include D=c*t1*(pow(x2,2)+pow(y2,2)-pow(c*t2,2))-c*t2*(pow(x1,2 )+pow(y1,2)-pow(c*t1,2)); a2=atan(B/A); if((acos(D/sqrt(pow(A,2)+pow(B,2)))+a2) 用HRTF进行虚拟声源定位实验 杨飞然, 葛延增, 吴镇扬 （东南大学信息科学与工程学院,南京 210096） 摘要：介绍了传统的音频定位理论及存在的缺陷，引出了HRTF的定义，分析了HRTF包含的方位信息，并用我们开发的虚拟听觉空间系统Vasaudio对虚拟声源定位进行了实际测试，最后对测试结果做了分析。 关键词：HRTF；ITD；IID；虚拟声源定位 Virtual Sound Source Position of HRTF Yang Fei Ran, Ge Yan Zeng, Wu Zhen Yang (Department of of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096) Abstract: We introduce the traditional theory of audio position and its limitations first , then we give the definition of HRTF,analyse the position information in HRTF,we also do experiment using Vasaudio system, at last we make a analysis of the experiment result. key words: HRTF; ITD; IID; virtual sound source position 我们日常听到的立体声录音，虽然有左右声道之 分，但就整体效果而言，立体声音乐来自听者面前的某个平面。但希望的是一个在虚拟环境中能辨别声源精确位置的声音系统，而当您听到三维虚拟声音时，音乐声是来自围绕您的一个球形中的任何地方，即声音出现在您头的上方、后方或者在您的鼻子前方。我们把在虚拟场景中的能使用户准确地判断出声源精确位置、符合人们在真实境界中听觉方式的声音系统称为三维虚拟声音。 基金项目：国家973计划资助项目（2002CB312102） 作者简介：杨飞然,1982年，男，硕士研究生,afeizaixian@https://www.wendangku.net/doc/6b17431959.html,；葛延增，1982年，男，硕士研究生；吴镇扬（联系人），男，教授，博士生导师，zhenyang@https://www.wendangku.net/doc/6b17431959.html, 。1 传统音频定位理论 耳间时间差（ITD）：从声源发出的声音到达人的左耳和右耳时，有一个先后的过程，这段时间差就是耳间时间差。耳间时间差与声音信号的频率有关，是声源角位置 ，头部半径r和声速c的函数，在人类听觉定位中占有重要位置。 耳间强度差（IID）：由于声音的传播媒质对声波的衰减作用，声音的强度随距离而变化，再加上耳廓和头部的遮挡，最终到达两耳的声音所经过的路径是不同的，使得距离声源近的耳朵听到的声音要强一些，这就是耳间强度差。 在中、低频(f<1.6 kHz)，ITD是定位的主要因素;在中频段(f在1.5-4.0 kHz), ITD和IID共同起作声源定位源程序
用HRTF进行虚拟声源定位实验