[发明专利]一种低空无人飞行器声源方位探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式声信号采集技术，特别是涉及一种低空无人飞行器声源方位探测系统。

背景技术

近年来低空无人飞行器因其成本低廉易于操作的特点迅速在民间普及，且数量急剧增加。但是，对于载荷小于7kg、飞行高度仅有数十米至200米的小型低空无人飞行器，目前暂无证照管理。罗宏伟在试论大型活动安保工作中“低慢小”目标的防范与处置一文中提出，由于缺乏有效监管，目前经常会出现利用无人飞行器进行各种恐怖活动、间谍活动、非法入侵等犯罪行为，在人口密集的城市环境中，无人飞行器失控损物伤人现象更为严重。

现有的低空无人飞行器探测方法包括雷达探测、类似公安天网系统的光学手段和综合运用雷达、可见光、红外、无线电等多种探测装备协同探测。吴聪,李海飞等利用PD雷达探测低小慢目标，但是由于低空无人飞行器体积小、反射弱、速度慢，容易被强大地杂波淹没或被建筑物遮挡，因而该方法不适用于城市环境。公安天网系统因视角有限或视线易受阻存在大量监测盲区，并且其探测范围在雨雪雾霾等恶劣天气下还会显著下降，探测性能亦不佳。秦清,徐毓针对低小慢目标多装备协同探测分配问题进行了研究，综合运用雷达、可见光、红外、无线电等多种探测装备协同探测低空无人飞行器，探测性能优异，但是这一套完备的系统往往动辄数十甚至上百万，成本高昂，不利于推广使用。

由于小型低空无人飞行器技术工艺的限制，飞行过程中会产生较大噪音，因此利用声学手段成为低空监测的自然合理选项。何发亮等人在声波探测技术的新发展及应用一文中提出声探测具有全被动、方位、非通视等优势，其探测性能在雾霾大湿度条件下还会提升，因而利用声探测手段实现低空无人飞行器探测这一技术手段切实可行。但是目前我国正在研制的声学低空探测系统多为军用或民航背景，覆盖空域和探测目标不同，并且体积较大、成本高昂，不涉及数十米高度的低空监测，因而很难在城市公安监测领域推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集低空无人飞行器声音采集、音频数据存储传输、飞行器方位角测定等多种功能于一体，并且易于安装、存放、多点分布架设的低功耗便携式智能声探测系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种低空无人飞行器声源方位探测系统，包括麦克风阵列、可编程处理板、计算机和电源；

所述麦克风阵列包括四个麦克风，四个麦克风通过四个伸缩杆固定在旋转基座上，通过旋转和拉伸伸缩杆构建不同几何结构不同尺寸的麦克风阵列，以检测飞行器的飞行音频数据，并将采集的四通道音频数据传输给可编程处理板；

所述可编程处理板将四路音频信号，经过滤波、放大、阻抗变换、AD转化后传送给计算机；

所述计算机根据接收的音频数据计算出飞行器方位信息；

所述电源用于给麦克风阵列、可编程处理板供电。

本发明与现有技术相比，具有显著优点是：(1)本发明以高性能可编程控制处理器为核心，采用麦克风阵列形式，能够完成声源信号采集、声纹数据存储传输、飞行器定位等多种功能，在复杂城市环境下能够通过多点分布式架设该设备，通过多系统组网来扩大无人飞行器监控区域。(2)麦克风阵列可以根据实际需求灵活改变阵列几何结构和阵列尺寸大小，能够适用于多种麦克风阵列定位识别算法，具有非常强的适应性。(3)可编程处理板硬件采用了通用可编程方式，软件系统采用了模块化设计思想，可以针对特定应用快速开发相应处理软件和接口方案，满足相关的应用需求。(4)与现有低空无人飞行器探测设备相比，该声学探测系统采用被动式声源探测方式，不存在任何可见光、红外线、电磁波等辐射源，隐秘性强，存活率高。

附图说明

图1是低空无人飞行器声源方位探测系统麦克风阵列三种结构变换示意图。

图2是低空无人飞行器声源方位探测系统的可编程处理板硬件架构图。

图3是低空无人飞行器声源方位探测系统软件系统架构图。

图4是低空无人飞行器声源方位探测系统主控软件程序流程图。

图5是低空无人飞行器声源方位探测系统平面四元十字阵声源定位原理图。

图6是低空无人飞行器声源方位探测系统测角精度误差分析图。

图7是低空无人飞行器声源方位探测系统采集的飞行器声纹数据时频谱图。

图8是低空无人飞行器探测系统特征频点距离拟合图，其中(a)为200Hz的距离拟合图，(b)为3500Hz的距离拟合图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明方案。