本發(fā)明涉及低小慢目標(biāo)無(wú)源探測(cè)與定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)人機(jī)無(wú)源定位尋的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以下對(duì)本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進(jìn)行說(shuō)明，但這些說(shuō)明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

低小慢目標(biāo)是指飛行高度低，雷達(dá)截面積小，飛行速度慢的一類飛行器的統(tǒng)稱。無(wú)人機(jī)作為低小慢的典型代表，由于缺少有效的監(jiān)管措施，由其引發(fā)的非法入侵事件日漸增多。為了提高重要場(chǎng)所的安全性，加強(qiáng)“黑飛”無(wú)人機(jī)的偵測(cè)與打擊十分重要。

在目標(biāo)探測(cè)方面，由于無(wú)人機(jī)體積小，且位于地面雷達(dá)探測(cè)盲區(qū)，常規(guī)地面雷達(dá)，光電/紅外探測(cè)手段均有一定的局限性。在無(wú)人機(jī)跟蹤方面，主要通過(guò)人工判斷無(wú)人機(jī)平臺(tái)攝像頭獲取的視頻圖像信息，采用遙控的方式追蹤目標(biāo)。對(duì)于公開在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的一種主動(dòng)捕獲低空小型無(wú)人飛行器的系統(tǒng)及方法等專利材料，該材料利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)攜帶的攝像頭采集目標(biāo)視頻圖像信息，通過(guò)立體圖像處理算法實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤，但是其采用的視覺信息采集手段，視角有限；對(duì)于空間目標(biāo)的三維定位，圖像數(shù)據(jù)量大，處理過(guò)程較為復(fù)雜。聲探測(cè)是一種被動(dòng)，全方位探測(cè)技術(shù)，它利用無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中產(chǎn)生的輻射噪聲工作。由于飛行高度低，采用聲陣列探測(cè)技術(shù)更容易捕捉到無(wú)人機(jī)旋翼噪聲，由于飛行速度慢，有利于聲定位系統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤。

針對(duì)非法入侵的無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)與跟蹤問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)源定位尋的系統(tǒng)，其通過(guò)傳聲器陣列接收飛行器產(chǎn)生的旋翼噪聲，再由系統(tǒng)內(nèi)部電路單元完成目標(biāo)識(shí)別，空間定位及無(wú)人機(jī)平臺(tái)的自動(dòng)尋的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決低空無(wú)人飛行器的無(wú)源探測(cè)及自動(dòng)跟蹤問(wèn)題，提出一種無(wú)人機(jī)無(wú)源定位尋的系統(tǒng)，利用聲陣列探測(cè)智能雷技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別、跟蹤與打擊。

在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，一種無(wú)源定位尋的系統(tǒng)，包括傳聲器陣列、預(yù)警電路單元、電源供應(yīng)單元、聲信號(hào)采集電路、信息處理單元、伺服單元、中央控制單元、目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)和無(wú)人機(jī)平臺(tái)；傳聲器陣列用于獲取區(qū)域內(nèi)目標(biāo)無(wú)人機(jī)旋翼噪聲信號(hào)并將該聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；預(yù)警電路單元用于目標(biāo)預(yù)警并在判斷目標(biāo)向中央控制單元發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)；電源供應(yīng)單元用于系統(tǒng)工作的各個(gè)階段為各單元的電源供應(yīng)；聲信號(hào)采集電路用于對(duì)傳聲器陣列獲取的噪聲信號(hào)的預(yù)處理；信息處理單元用于對(duì)聲信號(hào)采集電路預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出目標(biāo)當(dāng)前方位信息并計(jì)算追中路線，最終輸出相關(guān)控制量參數(shù)給伺服單元和中央控制單元；伺服單元用于對(duì)無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行方向的調(diào)整，使無(wú)人機(jī)平臺(tái)能夠按照最佳路線逼近目標(biāo)；中央控制單元用于整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)工作狀態(tài)的指揮控制，并且控制目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)動(dòng)作；目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)用于低空可疑飛行器的有效捕獲。

預(yù)警電路單元包括前置放大電路、濾波電路、整形電路、檢測(cè)電路和啟動(dòng)電路，初始狀態(tài)下預(yù)警電路單元處于低功耗工作模式，傳聲器陣列獲取到的噪聲信號(hào)依次經(jīng)過(guò)放大-濾波-整形后由檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)電路接收的噪聲信號(hào)幅度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，檢測(cè)電路通過(guò)信號(hào)分析方法提取噪聲信號(hào)的多重特征量進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，若識(shí)別為目標(biāo)，則通過(guò)啟動(dòng)電路向電源供應(yīng)單元發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，以開啟整個(gè)系統(tǒng)使聲信號(hào)采集電路和信息處理單元開啟工作。

聲信號(hào)采集電路包括有放大濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊，由傳聲器陣列獲取的噪聲信號(hào)通過(guò)放大濾波電路處理后，通過(guò)采樣輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊，向信息處理單元輸出含有噪聲信號(hào)特征的數(shù)字信號(hào)。

采樣的采樣率由預(yù)先分析的無(wú)人機(jī)噪聲信號(hào)特性獲得。

信息處理單元對(duì)聲信號(hào)采集電路輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成目標(biāo)識(shí)別、定位和跟蹤過(guò)程中所涉及的參數(shù)計(jì)算。

信息處理單元通過(guò)計(jì)算傳聲器陣列中各傳感器接收信號(hào)的聲程差，利用廣義相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法計(jì)算目標(biāo)距離、方位角、俯仰角，確定目標(biāo)幾何位置，并計(jì)算最佳追蹤路線，輸出相關(guān)控制量參數(shù)到伺服單元和中央控制單元。

信息處理單元根據(jù)傳聲器陣列獲取的環(huán)境噪聲信號(hào)利用雙目標(biāo)方位估計(jì)方法計(jì)算工作區(qū)域內(nèi)噪聲源方位信息，用以排除無(wú)人機(jī)平臺(tái)基底噪聲影響。

伺服系統(tǒng)是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，其根據(jù)信息處理單元輸出的控制量參數(shù)控制無(wú)人機(jī)平臺(tái)轉(zhuǎn)向，并將無(wú)人機(jī)平臺(tái)的位置信息實(shí)時(shí)發(fā)送給信息處理單元。

信息處理單元將伺服系統(tǒng)反饋的無(wú)人機(jī)平臺(tái)的位置信息與計(jì)算得出的目標(biāo)位置信息進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)目標(biāo)在有效捕捉范圍內(nèi)，信息處理單元輸出捕捉方向角度調(diào)節(jié)參數(shù)給中央控制單元，中央控制單元控制目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整打擊角度。

具體優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明是一種被動(dòng)定位系統(tǒng)，聲探測(cè)裝備一般價(jià)格較低，且具有體積小，功耗低的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用聲測(cè)方式降低了對(duì)電池蓄電量的高要求，延長(zhǎng)了無(wú)人機(jī)平臺(tái)續(xù)航時(shí)間；利用被動(dòng)聲探測(cè)技術(shù)探測(cè)黑飛無(wú)人機(jī)，隱蔽性好且不易被干擾。該系統(tǒng)安裝在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上探測(cè)黑飛無(wú)人機(jī)時(shí)，實(shí)現(xiàn)低空可疑飛行器的無(wú)源全方位探測(cè)，信號(hào)處理單元采用時(shí)延估計(jì)算法計(jì)算目標(biāo)精確位置，伺服系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)平臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)航接近目標(biāo)，在有效打擊范圍內(nèi)發(fā)射毀傷彈藥打擊目標(biāo)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下，可疑無(wú)人機(jī)的識(shí)別，自動(dòng)跟蹤和捕獲，其通過(guò)目標(biāo)噪聲信號(hào)分析處理引導(dǎo)無(wú)人機(jī)平臺(tái)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)彌補(bǔ)了已有視頻圖像跟蹤技術(shù)視角有限的不足，大大減少了處理的數(shù)據(jù)量。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖而提供的具體實(shí)施方式部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，在附圖中：

圖1是本發(fā)明的無(wú)源定位尋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2是本發(fā)明中預(yù)警電路單元的結(jié)構(gòu)框圖

圖3本發(fā)明的無(wú)源定位尋的系統(tǒng)工作流程圖

具體實(shí)施方式

下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)示例性實(shí)施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制

根據(jù)本發(fā)明的所示出的實(shí)施例，參照?qǐng)D1所示，提供一種無(wú)源定位尋的系統(tǒng)，包括傳聲器陣列、預(yù)警電路單元、電源供應(yīng)單元、聲信號(hào)采集電路、信息處理單元、伺服單元、中央控制單元、目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)和無(wú)人機(jī)平臺(tái)；傳聲器陣列用于獲取區(qū)域內(nèi)目標(biāo)無(wú)人機(jī)旋翼噪聲信號(hào)并將該聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；預(yù)警電路單元用于目標(biāo)預(yù)警并在判斷目標(biāo)向中央控制單元發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)；電源供應(yīng)單元用于系統(tǒng)工作的各個(gè)階段為各單元的電源供應(yīng)；聲信號(hào)采集電路用于對(duì)傳聲器陣列獲取的噪聲信號(hào)的預(yù)處理；信息處理單元用于對(duì)聲信號(hào)采集電路預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出目標(biāo)當(dāng)前方位信息并計(jì)算追中路線，最終輸出相關(guān)控制量參數(shù)給伺服單元和中央控制單元；伺服單元用于對(duì)無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行方向的調(diào)整，使無(wú)人機(jī)平臺(tái)能夠按照最佳路線逼近目標(biāo)；中央控制單元用于整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)工作狀態(tài)的指揮控制，并且控制目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)動(dòng)作；目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)用于低空可疑飛行器的有效捕獲。

如圖2所示，預(yù)警電路單元包括前置放大電路、濾波電路、整形電路、檢測(cè)電路和啟動(dòng)電路，初始狀態(tài)下預(yù)警電路單元處于低功耗工作模式，傳聲器陣列獲取到的噪聲信號(hào)依次經(jīng)過(guò)放大-濾波-整形后由檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)電路接收的噪聲信號(hào)幅度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，檢測(cè)電路通過(guò)信號(hào)分析方法提取噪聲信號(hào)的多重特征量進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，若識(shí)別為目標(biāo)，則通過(guò)啟動(dòng)電路向電源供應(yīng)單元發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，以開啟整個(gè)系統(tǒng)使聲信號(hào)采集電路和信息處理單元開啟工作。

需要強(qiáng)調(diào)的是，初始在初始狀態(tài)下處于低功耗工作狀態(tài)。當(dāng)接收噪聲信號(hào)幅度超過(guò)一定閾值后，通過(guò)檢測(cè)電路利用多種信號(hào)分析方法提取噪聲信號(hào)的多重特征量進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，若識(shí)別為目標(biāo)，則由啟動(dòng)電路輸出啟動(dòng)信號(hào)給電源供應(yīng)單元，開啟整個(gè)聲測(cè)智能雷達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)無(wú)人機(jī)平臺(tái)攜帶目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)在接近目標(biāo)的過(guò)程中對(duì)一定距離范圍內(nèi)的低空飛行目標(biāo)進(jìn)行智能探測(cè)與自動(dòng)尋的。

即待機(jī)狀態(tài)下只有預(yù)警電路單元處于工作狀態(tài)，系統(tǒng)中聲信號(hào)采集電路、信息處理單元、伺服單元、中央控制單元和目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)均處于待機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)耗能低，續(xù)航能力強(qiáng)。

聲信號(hào)采集電路包括有放大濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊，由傳聲器陣列獲取的噪聲信號(hào)通過(guò)放大濾波電路處理后，通過(guò)采樣輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊，向信息處理單元輸出含有噪聲信號(hào)特征的數(shù)字信號(hào)。

采樣的采樣率由預(yù)先分析的無(wú)人機(jī)噪聲信號(hào)特性獲得，采樣率由預(yù)先分析的無(wú)人機(jī)噪聲信號(hào)特性得到，以充分提高系統(tǒng)頻率分辨率以及工作效率。

信息處理單元對(duì)聲信號(hào)采集電路輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成目標(biāo)識(shí)別、定位和跟蹤過(guò)程中所涉及的參數(shù)計(jì)算。

信息處理單元通過(guò)計(jì)算傳聲器陣列中各傳感器接收信號(hào)的聲程差，利用廣義相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法計(jì)算目標(biāo)距離、方位角、俯仰角，確定目標(biāo)幾何位置，并計(jì)算最佳追蹤路線，輸出相關(guān)控制量參數(shù)到伺服單元和中央控制單元。

信息處理單元根據(jù)傳聲器陣列獲取的環(huán)境噪聲信號(hào)利用雙目標(biāo)方位估計(jì)方法計(jì)算工作區(qū)域內(nèi)噪聲源方位信息，用以排除無(wú)人機(jī)平臺(tái)基底噪聲影響。

例如：已知無(wú)人機(jī)平臺(tái)所處位置為傳聲器陣列正上方，方位角為0，俯仰角為90，且無(wú)人機(jī)平臺(tái)聲源與探測(cè)陣列距離已知，由此排除載機(jī)噪聲影響。

伺服系統(tǒng)是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，其根據(jù)信息處理單元輸出的控制量參數(shù)控制無(wú)人機(jī)平臺(tái)轉(zhuǎn)向，并將無(wú)人機(jī)平臺(tái)的位置信息實(shí)時(shí)發(fā)送給信息處理單元。

伺服系統(tǒng)根據(jù)信息處理單元所輸出控制量指揮載機(jī)轉(zhuǎn)向，使無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行路線能夠準(zhǔn)確地按信息處理單元輸出結(jié)果變化，及時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)平臺(tái)的飛行方向，使無(wú)人機(jī)平臺(tái)能夠自動(dòng)靠近目標(biāo)，無(wú)需人工遙控，減少作業(yè)量。

信息處理單元將伺服系統(tǒng)反饋的無(wú)人機(jī)平臺(tái)的位置信息與計(jì)算得出的目標(biāo)位置信息進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)目標(biāo)在有效捕捉范圍內(nèi)，信息處理單元輸出捕捉方向角度調(diào)節(jié)參數(shù)給中央控制單元，中央控制單元控制目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整打擊角度。

根據(jù)目標(biāo)位置及無(wú)人機(jī)平臺(tái)的飛行軌跡，由信息處理單元計(jì)算目標(biāo)攻擊時(shí)刻及方位，通過(guò)中央控制單元實(shí)時(shí)調(diào)整目標(biāo)打擊機(jī)構(gòu)的角度以瞄準(zhǔn)目標(biāo)，提高命中概率。

如圖3所示定位系統(tǒng)的信號(hào)處理流程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)之后，部署無(wú)人機(jī)

(無(wú)人機(jī)平臺(tái))攜帶無(wú)源定位裝置升空，預(yù)警電路單元開始工作，對(duì)處在遠(yuǎn)距離的低空可疑目標(biāo)的旋翼噪聲進(jìn)行探測(cè)，若傳聲器陣列所接收噪聲信號(hào)大于一定閾值，則對(duì)該信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)特征分析，識(shí)別其類型后則開啟整個(gè)聲測(cè)電路系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)。由信號(hào)處理單元測(cè)量目標(biāo)所處方位信息，并計(jì)算最佳跟蹤軌跡，輸出控制量參數(shù)給伺服機(jī)構(gòu)控制載機(jī)飛行方向，引導(dǎo)載機(jī)自主接近目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)處在有效打擊范圍時(shí)，中央控制單元根據(jù)信號(hào)處理單元所測(cè)目標(biāo)方位信息調(diào)整彈藥發(fā)射角度，瞄準(zhǔn)目標(biāo)。成本低廉，實(shí)時(shí)性好。

雖然參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于文中詳細(xì)描述和示出的具體實(shí)施方式，在不偏離權(quán)利要求書所限定的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所述示例性實(shí)施方式做出各種改進(jìn)或變型。