旋翼飛行器預警裝置及預警方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于飛行器預警領域，特別是無人飛行器的預警，尤其涉及一種旋翼飛行 器預警裝置及預警方法。
【背景技術】
[0002] 當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，并得到了廣泛應用?，F(xiàn)有法規(guī)對于通航領域的飛行管理還 不是很完善，但是對于飛行高度不高，往往處于視距范圍內的旋翼式飛行器，目前的監(jiān)管還 是一個空白。
[0003] 雖然，旋翼式飛行器在航拍、物流、巡邏等方面，開始給予廣大消費者以全新的體 驗，并且擁有著廣泛的應用前景，但同時，旋翼式飛行器無監(jiān)管的飛行，也會帶來一些困擾。 由于飛行器本身質量水平不一，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)了一些敏感人士擔心，可能會有不良人士操縱四軸飛行器 來實施偷拍。
[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較小，傳統(tǒng)監(jiān)測高空飛行器的雷達等設備，無法用于對多旋翼飛 行器的監(jiān)視，并且從成本考慮，也不宜簡單使用雷達方式來實現(xiàn)對多旋翼飛行器的監(jiān)測和 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；由控制中心送來的基帶激勵信號送給發(fā)射分系 統(tǒng)，在發(fā)射分系統(tǒng)內，基帶激勵信號經(jīng)上變頻器后送至功放；功放的輸出端連接選擇開關 的輸入端；所述選擇開關的輸出端分別連接定向天線、全向天線和定向喇機的發(fā)射信號輸 入端；所述定向天線通過饋線分系統(tǒng)連接該選擇開關的輸出端；頻控處理器接收來自控制 中心的控制信號，并依此輸出選擇開關、上變頻器頻率選擇和功放的控制信號，所述饋線分 系統(tǒng)，本分系統(tǒng)傳輸發(fā)射信號給定向天線，接收相應頻率回波信號，在發(fā)射信號的同時接 收和E、方位差△A二路接收信號，再經(jīng)接收分系統(tǒng)送接收機；本分系統(tǒng)包括雙工器、加減 器、左饋源和右饋源；對于定向天線的發(fā)射信號，該發(fā)射信號依次經(jīng)雙工器、加減器和左饋 源輸出；接收和E信號依次經(jīng)左饋源、加減器和端口輸出至雙工器，接收方位差AA信號由 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、LNA、下變頻器、頻控處理器和 中頻接收機；本選擇開關的一個輸出端依次連接LNA和下變頻器，下變頻器的輸出端連接 中頻接收機的輸入端；該選擇開關有三個輸入端，全向天線和定向喇機分別連接該選擇開 關的兩個輸入端；本選擇開關的另一個輸入端接收所述E信號和AA信號；本頻控處理器 接收來自控制中心的控制信號，并依此輸出選擇開關、下變頻器的控制信號，所述伺服分系 統(tǒng)，包括伺服控制器和驅動電機，所述伺服控制器的控制信號輸出給驅動電機，驅動電機驅 動電線座作轉動和俯仰動作，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。該專利文獻有較高 的測角精度和良好的搜索、捕獲能力，但部件多、結構復雜且成本昂貴而無法得到廣泛的應 用。
[0006] 專利CN103822699A公開了一種無人直升機振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包 括：機載通信設備，主要作用是發(fā)射經(jīng)過分析處理的振動信號；地面通信控制設備，接收機 載通信設備發(fā)送來的實時振動信號，以圖形或聲音形式實現(xiàn)報警、提示及演示無人直升機 的空中飛行實時振動情況；傳感器，設在無人直升機的一處或多處機身上，感應機身各處的 位移、速度和加速度；采集儀，將傳感器感應到的各種信號轉換成電信號并傳遞給分析儀， 所述采集儀主要由抗混濾波、數(shù)模轉換和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/ Oct;分析儀，對采集儀傳輸過來的電信號與預設的極限值進行比對判斷，如果傳輸過來的 電信號沒有超出預設的極限值，則不觸發(fā)其他動作；如果傳輸過來的電信號超出預設的極 限值，分析儀將分析結果通過機載通信設備發(fā)送至地面通信控制設備。該專利文獻公開的 這種在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠讓地面操控人員實時的掌握無人直升機的飛行狀態(tài)，但其需要機載 設備配合，無法實現(xiàn)預警功能。
[0007] 因此，當前存在一種需求，是能夠提前感應到高速飛行的旋翼飛行器，并實施預警 且結構簡單、成本低適用范圍廣。
[0008] 本申請發(fā)明人注意到多旋翼無人機為了產(chǎn)生足夠的推力，電機和槳葉需要以極高 的速度旋轉，同時這種高速旋轉會帶來持續(xù)的低頻啟動噪聲，這是任何多旋翼無人機都無 法回避的特征。本發(fā)明利用無人機在飛行過程中產(chǎn)生低頻噪聲這一特點，通過聲音采集陣 列，聲音識別和定位的裝置和方法，判斷無人機抵近飛行的行為，作出提前預警，主動防御 的措施，且能夠有效實施對可能接近的多旋翼式飛行器的預警，能夠避免其他空中飛行物 的干擾，如飛鳥、民航飛機、航模等。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明公開了一種旋翼飛行器預警裝置及預警方法，本發(fā)明利用旋翼飛行器在飛 行過程中產(chǎn)生低頻噪聲這一特點，通過聲音采集、聲音識別、聲音定位的預警裝置及預警方 法，判斷旋翼飛行器抵近飛行的行為，進行提前預警、主動防御的措施。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，.一種旋翼飛行器預警裝置包括多個對聲音模擬信號處 理的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對異常聲音檢測的異常 端點檢測模塊。
[0012] 所述定位處理模塊包括計算同一聲源的信號到達兩個聲音處理模塊的時延差值 的時延計算單元、根據(jù)時延差值和聲音處理模塊間距的幾何關系確定聲源方向角度的角度 計算單元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，所述聲源定位單元 根據(jù)方位角0進行聚類，并選擇聚類后噪聲功率最強的兩組聲音處理模塊判斷的聲源方 位角9作為最終的聲源方向。
[0013] 優(yōu)選地，本發(fā)明公開的一種旋翼飛行器預警裝置包括多個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的聲音傳感器、聲音減譜濾波模塊 和異常端點檢測模塊，所述聲音減譜濾波模塊對聲音模擬信號進行處理，異常端點檢測模 塊把聲音短時平均幅度和聲音短時過零率其中之一超過門限判定為異常聲音。
[0014] 所述定位處理模塊包括計算同一聲源的信號到達兩個聲音處理模塊的時延差值 的時延計算單元、根據(jù)時延差值和聲音處理模塊間距的幾何關系確定聲源方向角度的角度 計算單元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。
[0015] 時延計算單元包括將每個聲音處理模塊獲得的異常聲音的數(shù)字信號通過傅里葉 變換進行功率譜計算且共輒相乘得到本幀信號的互功率譜，然后進行連續(xù)多幀信號累加計 算得到平滑功率譜，再進行反傅里葉變換，得到兩個采集信號的互相關函數(shù)，然后對互相關 函數(shù)求模，獲得模值的峰值作為兩信號的時延差值。
[0016] 角度計算單元通過公式0 =cos\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9，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 兩個聲音處理模塊采集信號通過時延計算單元（9)計算得到的時延差值為t。
[0017] 聲源定位單元根據(jù)方位角0進行聚類，并選擇聚類后噪聲功率最強的兩組聲音 處理模塊判斷的聲源方位角9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。
[0018] 優(yōu)選地，異