基于小型麦克风阵列的低空无人飞行器探测系统研究

发布时间：2020-04-12 11:21

【摘要】：随着低空无人飞行技术的发展,低空小型无人飞行器因其具有小巧便捷、机动灵活、操作简便等优点,被广泛运用于物资运输、救灾抢险、农业灌溉等各种领域。然而无人机数量的急剧增加也暴露出了许多问题,如窥探个人隐私、危害公共安全、泄露国家机密等。本文针对低空无人飞行器缺乏有效监管这一社会现状,研究了一种基于声学探测手段的低空无人飞行器探测方法,研制了一套基于小型麦克风阵列的低空无人飞行器探测系统,为城市环境低空监管提供一套解决方案。本文中设计的低空无人飞行器探测系统主要分为两部分:嵌入式硬件数据采集系统和声目标定位算法。嵌入式硬件数据采集系统采用MEMS麦克风作为拾音设备,主控芯片采用基于ARM Cortex-M4内核的STM32F407ZET6高性能微控制芯片,并配备了丰富的数据传输接口。系统能够完成对无人飞行器飞行数据的不同采样参数的采集活动。声目标定位处理算法采用基于声达时间差(TDOA)估计定位算法,利用广义互相关(GCC)算法求得声音到达时间差,再利用几何方法计算出声源目标方位。另外还通过波束形成算法对采集信号进行增强,提高了系统探测距离。本文最后针对低空无人飞行器探测系统的作用距离以及角度估计性能进行了分析,给出了作用距离参数以及角度估计精度。另外还针对实际应用场景中将会遇到的一些特殊的环境情况如电磁照射、风噪以及温湿度三种因素进行研究,定性分析了这三种不同环境因素变化对低空无人飞行器探测系统性能参数的影响。
【图文】：

基于小型麦克风阵列的声探测原理逡逑器飞行声音特征逡逑轴飞行器）也称为四旋翼直升机，是一种。四轴飞行器结构：四旋翼系统呈十字形行器工作时，系统中心对角的螺旋桨转向个螺旋桨的速度，飞行器就垂直上下运动；滚动、俯仰等运动［４８］。本文中采用的无其结构如图：逡逑

达散热孔逡逑ＷＢｍｍｋ逡逑图２．２转子结构图逡逑上图所示是四旋翼飞行器转子的机械结构图，可以发现，在桨叶固定螺母以及马达逡逑处都存在通孔，在高速转动时通孔会与气流产生共鸣，根据通孔的结构产生不同频率的逡逑哨叫声。逡逑４．螺旋桨叶风切噪声：四旋翼飞行器浆叶划过空气，会在进气侧形成抵压区，排气逡逑侧形成高压区，这种压力区（压力涟漪）被螺旋桨的翼尖涡流打碎，就会形成人耳听到逡逑的“嗡嗡”声。大量研宄表明，螺旋桨噪声频谱的特点是在宽带嗓声的基础上叠加了一系逡逑列的离散声。离散声又称旋转噪声，其频率分别是桨叶通过频率和它的各次谐波频率。逡逑若螺旋桨旋转角速度为ｎ，桨叶数目为５，则桨叶通过频率为Ｑ５／２；ｒ。即离散噪声是逡逑螺旋桨噪声的周期性分量。而宽带噪声是螺旋桨所辐射噪声的随机分量。下图是无人飞逡逑行器桨叶结构：逡逑图２．３桨叶结构图逡逑桨叶噪声对应无人飞行器飞行声音数据中的一些周期性出现的频率分量。如下图所逡逑Ｉ逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279

【参考文献】

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本文编号：2624659