基于音频特性的无人机检测与识别研究

发布时间：2020-07-09 10:57

【摘要】：在被动声探测的模式下,利用无人机的声信号进行无人机类型的分类与识别,是被动声目标识别领域的一个新课题。本文在研究和分析具有代表性的无人机声信号产生机理的基础上,对基于无人机声信号的目标探测与识别系统进行了相关系列的研究。首先,针对无人机噪声特性和环境背景噪声,应用信号预处理技术,研究了基于小波变换的阈值降噪算法。该算法利用作用阈值的方法过滤掉小波系数小于给定阈值的噪声信号,以达到降噪的目的。实验结果表明小波全局阈值的降噪效果要好于分层阈值。其次,研究了无人机目标声信号的两种特征提取技术。从能量分布角度提取基于EMD和IMF能量比的特征,该特征将不平稳的无人机声信号通过EMD分解为线性、平稳的IMF分量,将其归一化后的能量作为新的特征向量。又从听觉感知的角度提取了MFCC特征,并结合具有时变特性的AMFCC特征共同表现无人机特征。实验表明两种特征向量都能较好地体现无人机的特性,为无人机类型识别做必要的准备。第三,设计了矢量量化方法和支持向量机两种分类器。利用四类无人机的实录声信号以及上述的特征提取方法与分类器分别进行无人机分类与识别实验,验证算法的有效性和性能。实验结果表明,从能量和听觉感知不同的角度出发的两种特征提取技术,都能较好地体现不同类型无人机各自的特性,取得较好的分类性能。最后,利用主成分分析对特征向量进行降维处理。实验结果表明,降维能在保证较好的识别性能的条件下减少特征向量的高阶冗余,减少计算时间与空间的开销。经过主成分分析降维后得到简洁的混合特征向量,比单一特征具有更好的分类性能。
【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
【图文】：

无人侦察机ＲＱ－４Ａ全球鹰，已经具备了全球侦察的能力，战斗型无人机ＭＱ－１捕食者，逡逑可发射两枚ＡＧＭ－１１４地狱火飞弹，实现对目标的精确打击。中国也研发了可以用于监逡逑视、侦查和对地攻击的无人机“翼龙”。部分军用无人机如图１．２所示。逡逑＇邋－逡逑．．邋．．．．．逦．邋．邋－邋，：邋：１逡逑图１．２全球鹰无人机（左）与翼龙无人机（右）逡逑在军事行动中，作为空中预警系统的主要部分雷达也越来越容易遭到攻击，对无人逡逑机的预警与反侦察技术的多样性显得尤为重要。被动音频探测技术可以作为雷达探测技逡逑术的有效补充，它利用接收到无人机运动时产生的噪声信号，探测识别出无人机的类型，逡逑并对目标进行定位与跟踪，对目标进行干扰与打击，同时对己方及时预警，以便快速做逡逑出应对措施。这种系统的成本低、部署方便、全天候、隐蔽性强，能有效地对敌方无人逡逑机进行反侦察。逡逑综上所述，无人机被动音频探测技术在民用和军用领域都可以发挥极大的作用。逡逑１．２国内外研究现状逡逑本文研宄使用被动式的声探测技术来自动探测和识别无人机，由于前人的研究主要逡逑集中于飞行器

过短信或者邮件的方式实时反馈给使用者。该企业的声音库中包括了市面上几乎所有商逡逑业无人机的声音，目前该产品可识别最远距离为一公里外的无人机。这家公司的技术也逡逑在波士顿马拉松上得到了应用。该系统的工作流程如图１．３所示。逡逑ｐ0ｅｓｗｉｔｃｈ＊逦＾逦■逡逑ｔｔ邋－邋，４逦Ｉ逦＂逡逑ｔｎｓｕＵｎｔｉｏｎｓ逦Ｊ逡逑（ｂｕｉｉｄｎｇ邋ｏｒ邋ｐｃ＾ｅｓ）逦／逡逑Ｉｍｃｒｏｐｈｏｎ＾／逦？邋一｜逡逑／Ｐｔ￡邋（ｔｉｐ邋ｔｏ邋１００ｍ）邋0ｒ＜＾ｅ￥ｈｆｅｉｄ逦Ｏｎ＾ｔｅ逦＼邋ｚ逡逑／逦ｉ邋ｃｌｍＭｉｍｔｖｍｔ邋＼逦＼逦ｓ＼／逡逑通邋／逦Ｔ逦备逡逑Ｏｒａｍ＆ＭＭ逦／／逦ｒ——Ｊ逡逑＊逦｜逦Ａ＾ｒｔｓｍｍｉ邋ｒｍｆｍ＆逡逑／：逦邋一邋？

本文编号：2747356