旋翼飛行器預(yù)警裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于飛行器預(yù)警領(lǐng)域，特別是無人飛行器的預(yù)警，其涉及一種旋翼飛 行器預(yù)警裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前旋翼式飛行器已經(jīng)開始廣泛的介入廣大群眾的日常生活。旋翼式飛行器由于 能夠完成直上直下的起飛與降落，并且能夠在空中懸停，飛行更加靈活，所以相較于傳統(tǒng)的 固定翼式飛行器，有其自身特點(diǎn)，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有法規(guī)對(duì)于通航領(lǐng)域的飛行管理還 不是很完善，但是對(duì)于飛行高度不高，往往處于視距范圍內(nèi)的旋翼式飛行器，目前的監(jiān)管還 是一個(gè)空白。
[0003] 雖然，旋翼式飛行器在航拍、物流、巡邏等方面，開始給予廣大消費(fèi)者以全新的體 驗(yàn)，并且擁有著廣泛的應(yīng)用前景，但同時(shí)，旋翼式飛行器無監(jiān)管的飛行，也會(huì)帶來一些困擾。 由于飛行器本身質(zhì)量水平不一，控制飛行器的飛手的操縱水平差異也很大，所以，旋翼式飛 行器誤入一些禁飛區(qū)的新聞屢見不鮮。比如，四軸飛行器闖入白宮的新聞、四軸飛行器飛越 巴黎政府區(qū)的新聞。甚至，也誘發(fā)了一些敏感人士擔(dān)心，可能會(huì)有不良人士操縱四軸飛行器 來實(shí)施偷拍。
[0004] 以四軸多旋翼飛行器為例，由于四軸飛行器的飛行范圍通常是在低空區(qū)域，而且 四軸飛行器的體積也相對(duì)較小，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)高空飛行器的雷達(dá)等設(shè)備，無法用于對(duì)多旋翼飛 行器的監(jiān)視，并且從成本考慮，也不宜簡(jiǎn)單使用雷達(dá)方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)多旋翼飛行器的監(jiān)測(cè)和 遙感。
[0005] 專利CN102508237公開了一種角跟蹤系統(tǒng)，其特征是包括控制中心、天線分系統(tǒng)、 饋線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)和通訊接口分系統(tǒng)，所述天線分系統(tǒng)包 括電線座，以及安裝在天線座上的定向天線、全向天線和定向喇叭，所述發(fā)射分系統(tǒng)，包括 上變頻器、頻控處理器、功放和選擇開關(guān)；由控制中心送來的基帶激勵(lì)信號(hào)送給發(fā)射分系 統(tǒng)，在發(fā)射分系統(tǒng)內(nèi)，基帶激勵(lì)信號(hào)經(jīng)上變頻器后送至功放;功放的輸出端連接選擇開關(guān)的 輸入端;所述選擇開關(guān)的輸出端分別連接定向天線、全向天線和定向喇機(jī)的發(fā)射信號(hào)輸入 端;所述定向天線通過饋線分系統(tǒng)連接該選擇開關(guān)的輸出端;頻控處理器接收來自控制中 心的控制信號(hào)，并依此輸出選擇開關(guān)、上變頻器頻率選擇和功放的控制信號(hào)，所述饋線分系 統(tǒng)，本分系統(tǒng)傳輸發(fā)射信號(hào)給定向天線，接收相應(yīng)頻率回波信號(hào)，在發(fā)射信號(hào)的同時(shí)接收和 Σ、方位差△ A二路接收信號(hào)，再經(jīng)接收分系統(tǒng)送接收機(jī);本分系統(tǒng)包括雙工器、加減器、左 饋源和右饋源;對(duì)于定向天線的發(fā)射信號(hào)，該發(fā)射信號(hào)依次經(jīng)雙工器、加減器和左饋源輸 出；接收和Σ信號(hào)依次經(jīng)左饋源、加減器和端口輸出至雙工器，接收方位差Δ A信號(hào)由左右 饋源經(jīng)加減器差輸出，所述接收分系統(tǒng)，包括選擇開關(guān)、LNA、下變頻器、頻控處理器和中頻 接收機(jī);本選擇開關(guān)的一個(gè)輸出端依次連接LNA和下變頻器，下變頻器的輸出端連接中頻接 收機(jī)的輸入端;該選擇開關(guān)有三個(gè)輸入端，全向天線和定向喇機(jī)分別連接該選擇開關(guān)的兩 個(gè)輸入端;本選擇開關(guān)的另一個(gè)輸入端接收所述Σ信號(hào)和△ A信號(hào);本頻控處理器接收來自 控制中心的控制信號(hào)，并依此輸出選擇開關(guān)、下變頻器的控制信號(hào)，所述伺服分系統(tǒng)，包括 伺服控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述伺服控制器的控制信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電線 座作轉(zhuǎn)動(dòng)和俯仰動(dòng)作，所述通訊接口分系統(tǒng)，連接在控制中心與發(fā)射分系統(tǒng)的頻控處理器、 接收分系統(tǒng)的頻控處理器以及伺服分系統(tǒng)的伺服控制器之間。該專利文獻(xiàn)有較高的測(cè)角精 度和良好的搜索、捕獲能力，但部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本昂貴而無法得到廣泛的應(yīng)用。
[0006] 專利CN103822699A公開了一種無人直升機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括： 機(jī)載通信設(shè)備，主要作用是發(fā)射經(jīng)過分析處理的振動(dòng)信號(hào);地面通信控制設(shè)備，接收機(jī)載通 信設(shè)備發(fā)送來的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)，以圖形或聲音形式實(shí)現(xiàn)報(bào)警、提示及演示無人直升機(jī)的空 中飛行實(shí)時(shí)振動(dòng)情況;傳感器，設(shè)在無人直升機(jī)的一處或多處機(jī)身上，感應(yīng)機(jī)身各處的位 移、速度和加速度;采集儀，將傳感器感應(yīng)到的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并傳遞給分析儀，所 述采集儀主要由抗混濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換和DSP處理器組成;所述抗混濾波和DSP處理器的截止 頻率為所述采集儀最大采樣頻率的1/2.56倍，阻帶衰減：一 120dB/0ct，平坦度0.05dB/0ct; 分析儀，對(duì)采集儀傳輸過來的電信號(hào)與預(yù)設(shè)的極限值進(jìn)行比對(duì)判斷，如果傳輸過來的電信 號(hào)沒有超出預(yù)設(shè)的極限值，則不觸發(fā)其他動(dòng)作;如果傳輸過來的電信號(hào)超出預(yù)設(shè)的極限值， 分析儀將分析結(jié)果通過機(jī)載通信設(shè)備發(fā)送至地面通信控制設(shè)備。該專利文獻(xiàn)公開的這種在 線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠讓地面操控人員實(shí)時(shí)的掌握無人直升機(jī)的飛行狀態(tài)，但其需要機(jī)載設(shè)備配 合，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。
[0007] 因此，當(dāng)前存在一種需求，是能夠提前感應(yīng)到高速飛行的旋翼飛行器，并實(shí)施預(yù)警 且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低適用范圍廣。
[0008] 本實(shí)用新型注意旋翼無人機(jī)為了產(chǎn)生足夠的推力，電機(jī)和槳葉需要以極高的速度 旋轉(zhuǎn)，同時(shí)這種高速旋轉(zhuǎn)會(huì)帶來持續(xù)的低頻啟動(dòng)噪聲，這是任何旋翼無人機(jī)都無法回避的 問題。本實(shí)用新型利用無人機(jī)在飛行過程中產(chǎn)生低頻噪聲這一特點(diǎn)，通過聲音采集陣列，聲 音識(shí)別和定位的裝置和方法，判斷無人機(jī)抵近飛行的行為，作出提前預(yù)警，主動(dòng)防御的措 施，且能夠有效實(shí)施對(duì)可能接近的多旋翼式飛行器的預(yù)警，能夠避免其他空中飛行物的干 擾，如飛鳥、民航飛機(jī)、航模等。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 本實(shí)用新型公開了一種旋翼飛行器預(yù)警裝置，本實(shí)用新型利用旋翼飛行器在飛行 過程中產(chǎn)生低頻噪聲這一特點(diǎn)，通過聲音采集、聲音識(shí)別、聲音定位的預(yù)警裝置，判斷旋翼 飛行器抵近飛行的行為，進(jìn)行提前預(yù)警、主動(dòng)防御的措施。
[0010] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0011] 根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，本實(shí)用新型公開的一種旋翼飛行器預(yù)警裝置包括多 個(gè)聲音處理模塊和定位處理模塊，其中，所述聲音處理模塊包括采集聲音模擬信號(hào)的聲音 傳感器、聲音減譜濾波器和異常端點(diǎn)比較器，聲音減譜濾波器對(duì)聲音模擬信號(hào)進(jìn)行處理，異 常端點(diǎn)比較器把聲音短時(shí)平均幅度和聲音短時(shí)過零率其中之一超過門限判定為異常聲音。
[0012] 所述定位處理模塊包括計(jì)算同一聲源的信號(hào)到達(dá)兩個(gè)聲音處理模塊的時(shí)延差值 的時(shí)延計(jì)算器、根據(jù)時(shí)延差值和聲音處理模塊間距的幾何關(guān)系確定聲源方向角度的角度計(jì) 算器和通過多組聲音處理模塊組合定位聲源位置的聲源定位單元。
[0013] 時(shí)延計(jì)算器包括將每個(gè)聲音處理模塊獲得的異常聲音的數(shù)字信號(hào)通過傅里葉變 換進(jìn)行功率譜計(jì)算且共輒相乘得到本幀信號(hào)的互功率譜，然后進(jìn)行連續(xù)多幀信號(hào)累加計(jì)算 得到平滑功率譜，再進(jìn)行反傅里葉變換，得到兩個(gè)采集信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，然后對(duì)互相關(guān)函 數(shù)求模，獲得模值的峰值作為兩信號(hào)的時(shí)延差值。
[0014] 角度計(jì)算器通過公式0 = cos4(Tc/d)獲得聲源方向與聲音處理模塊排列方向的夾 角即聲源方位角Θ，其中，聲音處理模塊之間的距離為d，空氣中傳播的聲速為c，由兩個(gè)聲音 處理模塊采集信號(hào)通過時(shí)延計(jì)算器(9)計(jì)算得到的時(shí)延差值為τ。
[0015] 聲源定位單元根據(jù)方位角Θ進(jìn)行聚類，并選擇聚類后噪聲功率最強(qiáng)的兩組聲音處 理模塊判斷的聲源方位角Θ作為最終的聲源方向，在電子地圖上顯示聲源位置并發(fā)出警報(bào)。
[0016] 優(yōu)選地，聲音減譜濾波器包括將所述聲音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn) 換單元、將所述聲音數(shù)字信號(hào)帶通濾波的帶通濾波器和對(duì)每幀聲音數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分幀且對(duì) 每幀進(jìn)行海明窗濾波處理的加窗分幀處理單元。
[0017] 優(yōu)選地，異常端點(diǎn)比較器判定為異常聲音時(shí)，聲音識(shí)別器對(duì)后續(xù)聲音數(shù)字信號(hào)進(jìn) 行特征提取獲得聲音特征序列，利用聲音識(shí)別器中的動(dòng)態(tài)時(shí)間歸整(DTW)計(jì)算單元將所述 聲音特征序列和存儲(chǔ)在聲音識(shí)別器的存儲(chǔ)器中的參考特征序列進(jìn)行譜失真測(cè)度，當(dāng)所述譜 失真測(cè)度處于預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，所述聲音識(shí)別器發(fā)出確認(rèn)信號(hào)到定位處理模塊。
[0018] 進(jìn)一步地，聲音傳感器采集聲音的強(qiáng)度、頻率與波形的聲音模擬信號(hào)。
[0019] 更優(yōu)選地，所述帶通濾波器的上、下限截止頻率分別為10Hz和500Hz。
[0020] 更優(yōu)選地，所述加窗分幀處理單元的每幀含1024個(gè)采樣點(diǎn)，相鄰幀之間有512個(gè)采 樣點(diǎn)重合。
[0021] 更優(yōu)選地，所述聲音識(shí)別器采用MFCC系數(shù)作為聲音信號(hào)的特征表示，譜失真測(cè)度
進(jìn)行計(jì)算，其中，C= [cl，c2，···，cL]和C' = [c' 1，c'2，···，c'L]為兩組倒譜系數(shù)，動(dòng)態(tài)時(shí)間歸整(DTW)計(jì)算單尋找時(shí)間規(guī)整函數(shù)m= ω (η)， 其將測(cè)試序列的時(shí)間軸η非線性地映射到參考特征序列的時(shí)間軸m上，并使該函數(shù)ω (η)滿
其中，(^(^("，^?(""是第"貞測(cè)試矢量以"和第一貞參 考矢量R(m)之間的失真測(cè)度，D則是處于最優(yōu)時(shí)間規(guī)整情況下兩序列的總體失真測(cè)度，當(dāng)D 處于預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，所述聲音識(shí)別器發(fā)出確認(rèn)信