本發(fā)明涉及民用無人機防御領(lǐng)域，特別涉及一種基于聲探測的反無人機系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

民用無人機領(lǐng)域近年來發(fā)展迅速，在為居民娛樂生活帶來便利的同時，也帶來了一定的社會安全隱患?；诎脖：蛧赖男枰?，各國政府正采取積極措施防范無人機等低空慢速小目標(biāo)飛行器帶來的安全問題?，F(xiàn)有的無人機反制方案均采用基于光電設(shè)備或雷達設(shè)備探測無人機，光電設(shè)備容易受到環(huán)境因素的影響，在通視條件較差的情況下，無人機的圖像特征差異不明顯，難以利用圖像特征將無人機與背景圖像區(qū)分開。雷達設(shè)備則容易受到地面雜波的影響，對于低空環(huán)境下的目標(biāo)探測效果不佳。上述兩種低空無人機檢測方案還存在設(shè)備成本交高的問題，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

無人機依靠螺旋槳擾動空氣實現(xiàn)飛行或懸停，持續(xù)向周圍空間輻射聲波信號，通過監(jiān)測無人機聲信號，通過聲信號特征判別空域內(nèi)是否存在“黑飛”無人機。利用無人機聲信號特征判別無人機仍在存在環(huán)境雜音的影響，監(jiān)測臺網(wǎng)的布設(shè)是壓制環(huán)境的噪音的關(guān)鍵措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種基于聲探測的反無人機系統(tǒng)，利用無人機飛行過程中釋放的聲信號，利用聲信號特征實現(xiàn)無人機識別與跟蹤，為反制單元提供無人機當(dāng)前和預(yù)測空間位置信息。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于聲探測的反無人機系統(tǒng)，包括，

聲探測單元，探測環(huán)境聲音信號；

控制單元，根據(jù)聲探測單元接收的所述聲音信號，判斷是否包括無人機聲信號，若存在無人機聲信號，計算無人機當(dāng)前空間位置和預(yù)測空間位置；

反制單元，向無人機發(fā)送干擾信號或者物理攔截裝置。

進一步地，所述聲探測單元為布設(shè)在地面的若干麥克風(fēng)臺站構(gòu)成的聲探測臺網(wǎng)。所述麥克風(fēng)作為聲探測單元的最小單位，若干麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)臺站，若干臺站組成聲探測臺網(wǎng)。組網(wǎng)式探測保證了對監(jiān)控空域的完整覆蓋，提高探測識別率。

進一步地，所述聲探測臺網(wǎng)采用蜂窩組網(wǎng)。在相同麥克風(fēng)臺站數(shù)量及相同麥克風(fēng)臺站分布密度的情況下，蜂窩組網(wǎng)的覆蓋范圍最大。此外，蜂窩組網(wǎng)具有積木式結(jié)構(gòu)，受地形影響較小，可按任意幾何形態(tài)組網(wǎng)，提高了組網(wǎng)的靈活性。

作為一種具體的實施方案，所述各個麥克風(fēng)臺站包括1個麥克風(fēng)，降低布設(shè)成本，提高臺網(wǎng)布設(shè)效率。

作為一種具體的實施方案，所述各個麥克風(fēng)臺站包括若干麥克風(fēng)，若干所述麥克風(fēng)成十字陣列排列或環(huán)形陣列排列。采用麥克風(fēng)陣列接收聲信號，可進一步過濾背景噪聲的影響，提高識別聲源的空間位置精度。具體地，單個麥克風(fēng)僅能獲得聲音信號到達，不能獲得聲音信號來源的方位信息，必須依靠相鄰臺站的其他麥克風(fēng)獲得聲音信號來源的方位信息。麥克風(fēng)陣列組成的各個麥克風(fēng)臺站均能分析獲得聲音信號來源的方位信息。

作為一種具體的實施方案，所述聲探測單元僅包括布設(shè)在地面的1個麥克風(fēng)臺站，所述麥克風(fēng)臺站為十字麥克風(fēng)陣列或環(huán)形麥克風(fēng)陣列。單個麥克風(fēng)臺站實現(xiàn)聲探測單元的快速部署，特別適用于小規(guī)模需經(jīng)常移動的監(jiān)控場景。

進一步地，所述環(huán)形麥克風(fēng)陣列中心設(shè)有1個麥克風(fēng)。在采用單個麥克風(fēng)臺站作為聲探測單元的實施方案中，麥克風(fēng)陣列中心設(shè)置1個麥克風(fēng)，有利于控制單元對各麥克風(fēng)數(shù)據(jù)的空間校準和時間校準。

進一步地，所述控制單元接收各麥克風(fēng)臺站所有麥克風(fēng)接收到的聲音信號，通過對所述聲音信號進行數(shù)據(jù)處理，獲得無人機當(dāng)前和預(yù)測空間位置信息。

所述控制單元首先根據(jù)各個麥克風(fēng)臺站的各個麥克風(fēng)接收到的聲音信號判定各臺站信號是否包括無人機信號，再根據(jù)各個麥克風(fēng)臺站信號判斷整個臺網(wǎng)是否監(jiān)測到無人機信號。具體地，所述控制單元對接收到的各個麥克風(fēng)信號濾除背景噪聲，將處理后的麥克風(fēng)信號與控制單元中內(nèi)置的無人機信號進行頻率比對，比對過程通過設(shè)置無人機聲信號頻率門限，若麥克風(fēng)信號對應(yīng)所述頻率門限內(nèi)的幅值超過預(yù)定值，則判定所述麥克風(fēng)聲音信號包括無人機信號。所述各麥克風(fēng)臺站判定結(jié)果根據(jù)該臺站各麥克風(fēng)判定結(jié)果確定，具體地，若該臺站內(nèi)超過半數(shù)的麥克風(fēng)信號中包括無人機信號，則該臺站信號判定為包括無人機信號，若該臺站僅包括單個麥克風(fēng)，則該臺站的判定結(jié)果依據(jù)該麥克風(fēng)信號確定。

進一步地，若相鄰的預(yù)定數(shù)量的麥克風(fēng)臺站均判定為包括無人機信號，則整個臺網(wǎng)判定為監(jiān)測到無人機信號。

進一步地，所述控制中心對各個麥克風(fēng)臺站接收到的無人機聲信號進行空間校正和時間校正。將各麥克風(fēng)臺站的所有麥克風(fēng)視為同步工作，將不同麥克風(fēng)臺站視為獨立異步工作，因此對各臺站接收到的聲信號進行時間校準和空間校準。所述時間校準即選取某麥克風(fēng)臺站作為時間校準基準點，消除其他各個臺站因與基準點臺站空間位置差異產(chǎn)生的接收信號的時間差異。所述空間校準即對各臺站接收信號進行空間位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將各臺站接收信號獲得的無人機空間位置校正到相對于同一空間基準點的空間位置。

進一步地，各臺站聲信號數(shù)據(jù)校正后，對各臺站數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，以判定各臺站探測到的目標(biāo)是否為同一目標(biāo)。所述控制單元采用遞推法對各麥克風(fēng)臺站接收的無人機聲信號進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。具體地，采用近鄰準則實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，以消除各個臺站新測量的數(shù)據(jù)與先前所有測量數(shù)據(jù)和目標(biāo)無人機航跡數(shù)據(jù)的無窮關(guān)聯(lián)。更具體地，在多個臺站對目標(biāo)無人機進行識別追蹤時，對目標(biāo)無人機每個預(yù)測狀態(tài)設(shè)置一個預(yù)測波門，以量化新測量數(shù)據(jù)是否處于已有數(shù)據(jù)的鄰域內(nèi)，按此方式進行遞推運算。需要說明的是，預(yù)測波門的形狀、維數(shù)與大小直接影響數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，根據(jù)實際情況選擇合適的預(yù)測波門參數(shù)。

進一步地，采用自適應(yīng)卡爾曼濾波法對無人機進行跟蹤。

進一步地，所述反制單元包括光學(xué)瞄準裝置。發(fā)射干擾信號或者物理攔截裝置時，所述反制單元包括光學(xué)瞄準裝置。所述光學(xué)瞄準裝置可以是攝像頭、望遠鏡、激光瞄準器或其他確定目標(biāo)無人機空間位置的瞄準裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的基于聲探測的反無人機方法，采用聲音探測取代圖像識別作為無人機監(jiān)測手段，根據(jù)無人機聲音信號特征實現(xiàn)對無人機的識別和跟蹤，有效提高了通視條件差的應(yīng)用場景下對于無人機的監(jiān)測，且監(jiān)測系統(tǒng)成本更低，監(jiān)測臺網(wǎng)可靈活部署。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明基于聲探測的反無人機方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中環(huán)形麥克風(fēng)陣列示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中十字形麥克風(fēng)陣列示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種基于聲探測的反無人機系統(tǒng)，如圖1所示，包括，

聲探測單元01，探測環(huán)境聲音信號；

控制單元02，根據(jù)聲探測單元01接收的所述聲音信號，判斷是否包括無人機聲信號，若存在無人機聲信號，計算無人機當(dāng)前空間位置和預(yù)測空間位置；

反制單元03，向無人機發(fā)送干擾信號或者物理攔截裝置。

進一步地，所述聲探測單元01為布設(shè)在地面的若干麥克風(fēng)臺站構(gòu)成的聲探測臺網(wǎng)。所述麥克風(fēng)作為聲探測單元的最小單位，若干麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)臺站，若干臺站組成聲探測臺網(wǎng)。組網(wǎng)式探測保證了對監(jiān)控空域的完整覆蓋，提高探測識別率。

進一步地，所述聲探測臺網(wǎng)采用蜂窩組網(wǎng)。在相同麥克風(fēng)臺站數(shù)量及相同麥克風(fēng)臺站分布密度的情況下，蜂窩組網(wǎng)的覆蓋范圍最大。此外，蜂窩組網(wǎng)具有積木式結(jié)構(gòu)，受地形影響較小，可按任意幾何形態(tài)組網(wǎng)，提高了組網(wǎng)的靈活性。

需要說明的是，臺網(wǎng)中臺站間距依據(jù)麥克風(fēng)監(jiān)測能力而定，優(yōu)選地，臺站間距小于麥克風(fēng)有效監(jiān)測距離的2/3。

作為一種具體的實施方案，所述各個麥克風(fēng)臺站包括1個麥克風(fēng)，降低布設(shè)成本，提高臺網(wǎng)布設(shè)效率。

作為一種具體的實施方案，所述各個麥克風(fēng)臺站包括若干麥克風(fēng)，若干所述麥克風(fēng)成十字陣列排列或環(huán)形陣列排列(如圖2、3)。采用麥克風(fēng)陣列接收聲信號，可進一步過濾背景噪聲的影響，提高識別聲源的空間位置精度。具體地，單個麥克風(fēng)僅能獲得聲音信號到達，不能獲得聲音信號來源的方位信息，必須依靠相鄰臺站的其他麥克風(fēng)獲得聲音信號來源的方位信息。麥克風(fēng)陣列組成的各個麥克風(fēng)臺站均能分析獲得聲音信號來源的方位信息。

作為一種具體的實施方案，所述聲探測單元01僅包括布設(shè)在地面的1個麥克風(fēng)臺站，所述麥克風(fēng)臺站為十字麥克風(fēng)陣列或環(huán)形麥克風(fēng)陣列。單個麥克風(fēng)臺站實現(xiàn)聲探測單元的快速部署，特別適用于小規(guī)模需經(jīng)常移動的監(jiān)控場景。

進一步地，所述環(huán)形麥克風(fēng)陣列中心設(shè)有1個麥克風(fēng)。在采用單個麥克風(fēng)臺站作為聲探測單元的實施方案中，麥克風(fēng)陣列中心設(shè)置1個麥克風(fēng)，有利于控制單元對各麥克風(fēng)數(shù)據(jù)的空間校準和時間校準。

進一步地，所述控制單元02接收各麥克風(fēng)臺站所有麥克風(fēng)接收到的聲音信號，通過對所述聲音信號進行數(shù)據(jù)處理，獲得無人機當(dāng)前和預(yù)測空間位置信息。

所述控制單元02首先根據(jù)各個麥克風(fēng)臺站的各個麥克風(fēng)接收到的聲音信號判定各臺站信號是否包括無人機信號，再根據(jù)各個麥克風(fēng)臺站信號判斷整個臺網(wǎng)是否監(jiān)測到無人機信號。具體地，所述控制單元02對接收到的各個麥克風(fēng)信號濾除背景噪聲，將處理后的麥克風(fēng)信號與控制單元02中內(nèi)置的無人機信號進行頻率比對，比對過程通過設(shè)置無人機聲信號頻率門限，若麥克風(fēng)信號對應(yīng)所述頻率門限內(nèi)的幅值超過預(yù)定值，則判定所述麥克風(fēng)聲音信號包括無人機信號。所述各麥克風(fēng)臺站判定結(jié)果根據(jù)該臺站各麥克風(fēng)判定結(jié)果確定，具體地，若該臺站內(nèi)超過半數(shù)的麥克風(fēng)信號中包括無人機信號，則該臺站信號判定為包括無人機信號，若該臺站僅包括單個麥克風(fēng)，則該臺站的判定結(jié)果依據(jù)該麥克風(fēng)信號確定。

進一步地，若相鄰的預(yù)定數(shù)量的麥克風(fēng)臺站均判定為包括無人機信號，則整個臺網(wǎng)判定為監(jiān)測到無人機信號。

優(yōu)選地，相鄰的3個臺站監(jiān)測到無人機信號，系統(tǒng)判定為有無人機侵入。

進一步地，所述控制中心02對各個麥克風(fēng)臺站接收到的無人機聲信號進行空間校正和時間校正。將各麥克風(fēng)臺站的所有麥克風(fēng)視為同步工作，將不同麥克風(fēng)臺站視為獨立異步工作，因此對各臺站接收到的聲信號進行時間校準和空間校準。所述時間校準即選取某麥克風(fēng)臺站作為時間校準基準點，消除其他各個臺站因與基準點臺站空間位置差異產(chǎn)生的接收信號的時間差異。所述空間校準即對各臺站接收信號進行空間位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將各臺站接收信號獲得的無人機空間位置校正到相對于同一空間基準點的空間位置。

進一步地，各臺站聲信號數(shù)據(jù)校正后，對各臺站數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，以判定各臺站探測到的目標(biāo)是否為同一目標(biāo)。所述控制單元采用遞推法對各麥克風(fēng)臺站接收的無人機聲信號進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。具體地，采用近鄰準則實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，以消除各個臺站新測量的數(shù)據(jù)與先前所有測量數(shù)據(jù)和目標(biāo)無人機航跡數(shù)據(jù)的無窮關(guān)聯(lián)。更具體地，在多個臺站對目標(biāo)無人機進行識別追蹤時，對目標(biāo)無人機每個預(yù)測狀態(tài)設(shè)置一個預(yù)測波門，以量化新測量數(shù)據(jù)是否處于已有數(shù)據(jù)的鄰域內(nèi)，按此方式進行遞推運算。需要說明的是，預(yù)測波門的形狀、維數(shù)與大小直接影響數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，根據(jù)實際情況選擇合適的預(yù)測波門參數(shù)。

進一步地，采用自適應(yīng)卡爾曼濾波法對無人機進行跟蹤。

進一步地，所述反制單元03包括光學(xué)瞄準裝置。發(fā)射干擾信號或者物理攔截裝置時，所述反制單元包括光學(xué)瞄準裝置。所述光學(xué)瞄準裝置可以是攝像頭、望遠鏡、激光瞄準器或其他確定目標(biāo)無人機空間位置的瞄準裝置。

最后，需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。