A comprehensive simulation of factors that affect performance of array based acoustic gunshot localization on helicopters

Abstract

Hava araçlarında kullanılmakta olan kendini koruma sistemlerinin büyük çoğunluğu, gelişmiş silah ve tehditlere karşı savunma sağlamaktadır. Halbuki, düşürülen ya da yara alan helikopterlerin genellikle tüfek ya da yerden atılan roketler tarafından vurulduğu bilinmektedir. Bu tarz silahların konumunu belirlemek için yerde kurulu sistemler bulunmakla birlikte, hava araçlarına entegre konum belirleme uygulamaları yok denecek kadar azdır. Basit bir Ses Kaynağı Belirleme uygulaması bir mikrofon dizisini algılayıcı olarak kullanarak, belirli bir menzil içerisinde bulunan ses kaynaklarının konumunu belirleyebilir. Bu çalışmada helikopter üzerinde silah sesikaynağını belirlemenin mümkün olup olmadığını anlamak maksadıyla, hem sesin yayılımı ile ilgili etmenler hem de sinyal işleme parametrelerinin farklı ses kaynağı belirleme algoritmaları için simüle edilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca, helikopter gürültüsü, çevresel faktörler (sıcaklık, nem gibi), silah sesi özellikleri, görev gereksinimleri gibi sisteme özgü konular göz önünde bulundurularak her bir algoritma için sinyal işleme teknikleri önerilmiştir.

Self-defense solutions on current aircraft usually handle advanced weapons while most helicopters down or damaged are known to be attacked from ground using rifles or Rocket-Propelled Grenades (RPG). Although there are ground based localization solutions for Small Arms Fire (SAF) attacks, there are only a few implementations of onboard applications. A simple Acoustic Source Localization (ASL) application employs a microphone array for collecting audio signals, so as to locate sound sources using the measurements from the sound field. The aim of this study is to investigate the possibility of Acoustic Gunshot Localization on a helicopter so as to detect and localize SAF attacks, by simulating the effects of both wave propagation and signal processing parameters for different localization algorithms. Pre-processing and post-processing for each individual algorithm were also proposed considering domain specific issues, such as the effects of helicopter noise, environmental factors (temperature and humidity), gunshot signal characteristics and real life mission requirements.