基础物理实验课件-声源定位和GPS模拟

声源定位和GPS模拟实验及应用背景介绍实验目的和教学要求实验原理实验仪器介绍课堂思考选做实验声源定位和GPS模拟实验及应用背景介绍

声源定位和GPS技术，是利用波在传播过程中时间坐标和空间坐标的关联，可以获得许多重要信息，从而进行地震学的研究、全球定位和无损检测中的声发射等。声源定位：在周围媒质性质给定的条件下，根据在有限时间内几个位置的响应来反推出源的性质。GPS技术：

通过导航卫星发出的电磁波信号来确定用户在地球坐标系中的位置。声源定位和GPS模拟

本实验是在二维平面上，模拟声源定位和GPS技术。

电声转换和超声波的发生、接收。声波传播特性的观察和测量。实验数据的计算机采集、通讯和处理。实验目的和教学要求1．声源定位

实验原理

（声源定位原理）

（声源位置的坐标）

发声源坐标为（X,Y），极坐标为（r,θ）。接收传感器为S0、S1和S2

，坐标为（X0,Y0）、（X1,Y1）和（X2,Y2）。信号点（X,Y）发出声波时，被三个传感器接收，设时间分别为t0、t1和t2

。它们的时间差为：Δt1=t1-t0，Δt2=t2-t0。设传播速度为C。对换能器S0和S1而言，声源的位置应当在到该两点的距离差为cΔt1的曲线上，这是一条双曲线。利用Δt1和Δt2得到两条双曲线，它们的交点就是声源所在的位置。声源定位通过推导可得声源位置：

其中：声源定位2.GPS模拟两维定位，只要两颗模拟“卫星”。但为了提高定位精度，应取多个“卫星”位置和时差信息。当n＞3时，由最小二乘法导出（X，Y）的最佳值，它们应满足：

GPS模拟

这是一个三元非线性代数方程组，可通过牛顿迭代法求解。钢板作为传播媒质。传感器、放大器、脉冲发生器。时差测定仪：以单片机为核心的测量装置，用于测定传感器接收到的时差。模拟源：铅笔芯、电脉冲。计算机及专用软件：进行数据通讯、处理和显示。稳压电源及若干电缆。实验仪器介绍实验内容1.声源定位传感器布阵及其对应的输入通道连接

铅笔芯折断的声信号被4个传感器接收，放大后接到时差仪测定传播时间。通过串行口将传播时间输入到计算机，计算机对数据进行处理。（1）实验内容及数据处理：测量8个以上的声源位置。编程算出8个声源位置，且与实际声源位置比较，分析主要误差来源。（2）软件使用：声源定位声源定位演示--软件功能演示。实验数据采集--采集数据，存盘。数据回放--检查实验数据。（3）注意事项：声源定位各传感器的序号不要搞错，检查正确后才可以上电。3个传感器都作为接收用。S3为坐标原点。时差仪在正式测量前“复位”。门槛值尽量选低一些。铅笔芯长度应尽量短。2.GPS模拟GPS仿真实验

3个传感器作为接收器，1个传感器作为发送器。电脉冲作为模拟声源。接收传感器收到声信号，放大后接到时差仪测定传播时间。模拟源接到隔离放大器，放大后的电信号接到时差仪的第4通道，作为启动计时。（1）实验内容及数据处理：改变发送换能器的位置，测出三个接收器位置。要求测量10个点以上。编程计算3个接收器的位置及声速C，且分析主要误差来源。GPS模拟（2）注意事项：电脉冲放大后的信号必须接到时差仪的第4

通道，该通道读数为0，其余通道开始计时。1．声源定位和GPS的区别：从测量原理，仪器组成和信息特点来讨论声源定位和GPS仿真实验的相同点和不同点？2．仪器的功能和接线：课堂思考实验中时差是如何得到的？怎样才能获得相对时差和绝对时差的信息？各种电缆如何连接？在声源定位和GPS仿真实验中的接线有什么不同？1．2．从理论和实验两个方面研究不同定位