[发明专利]一种声探测与定位系统

说明书

本发明提供了一种声探测与定位系统，包括：声传感器阵列以及声波导管阵列，其中，声传感器阵列包括N个声传感单元，其中N≥2；声波导管阵列包括M根声波导管，其中M≥2，每根声波导管呈两端开口并连通的圆管状，其一端连接相应的声传感单元，另一端置于空气中；空气中传播的声信号进入声波导管阵列的声波导管后被声传感器阵列的声传感单元接收。本发明声探测与定位系统体积小，重量轻，便于携带，声传感器阵列结构紧凑，外界环境对各个声传感单元影响的差异性小，系统的测量准确度高。

技术领域

本发明涉及声传感技术领域，尤其涉及一种基于声波导管阵列的声探测与定位系统。

背景技术

声探测与定位技术涉及声学、电子学、传感器技术、信号处理技术、计算机算法等多个学科和多种技术，是一种典型的多学科高度交叉融合的技术。声探测与定位技术在环境、医疗、工业、交通、军事等多个领域具有重要应用，已经获得国内外高度重视和广泛研究。

声探测与定位技术分为主动式和被动式两种类型，常见的超声波无损检测以及医院普及的超声波成像诊断属于主动式声探测定位技术，被动式声探测与定位技术应用范围更广，包括：环境噪声监测、智能机器人听觉、激光加工过程监测、旋转机械运行状态检测、地下管道泄漏探测、直升机/无人机/火炮/子弹等低小慢目标的探测与跟踪。现有的被动式声探测与定位装置绝大多数是一个支架式声传感器阵列，它是由多个分立的声传感单元按照一定的空间排布固定在特制的刚性支架上构成的。由于各个声传感器所处的空间位置不同，同一个声源发出的声波到达每个声传感器的时间和强度不同，因此各个声传感器探测到的声波信号具有强度差和相位差。基于这些差异，结合复杂的信号处理算法就能够实现声源定位。相邻声传感器产生的强度差和相位差越大，声源定位精度就越高。

为了提高定位精度，一方面需要包含较多的声传感单元，另一方面需要相邻声传感单元的间距较大，从而使得这种支架式声探测与定位装置尺寸大、线缆多、重量大、不便于携带、不适合小型化、使用时需要固定在一个制高点进行声探测定位或需要车载进行移动式探测。

这种支架式声探测与定位装置的另一个缺点是声传感器阵列中处于不同的空间位置的声传感器受到的环境条件如温度、湿度、气压、风速、风向等可能不同，因此，不同声传感器的输出信号所包含的环境影响因素可能不同，这种环境干扰难以消除，将直接影响装置的定位精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于声波导管阵列的声探测与定位系统，以克服现有支架式声探测与定位装置体积大、重量大、不便于携带、不适合小型化、定位精度易受环境影响等缺点。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种声探测与定位系统，包括：声传感器阵列以及声波导管阵列，其中，声传感器阵列包括N个声传感单元，其中N≥2；声波导管阵列包括M根声波导管，其中M≥2，每根声波导管呈两端开口并连通的圆管状，其一端连接相应的声传感单元，另一端置于空气中；空气中传播的声信号进入声波导管阵列的声波导管后被声传感器阵列的声传感单元接收。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的声探测与定位系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)与现有的支架式声探测与定位装置相比，本发明采用结构紧凑的声传感器阵列，声传感器阵列中的各声传感单元彼此相距很近，结合声波导管阵列，所需信号传输线少，能够实现声探测与定位系统的小型化，容许制成轻量化的声探测与定位系统，适合于微型无人机载平台和单兵携带，使用起来更加灵活，应用范围广；

(2)与现有的支架式声探测与定位装置相比，本发明中的声传感器阵列结构紧凑，使得各声传感单元所处环境基本相同，从而有效抑制了各声传感单元所受环境影响的差异性，提高了系统的声定位精度；