發(fā)布時(shí)間：2020-06-26 22:18

【摘要】：隨著無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技術(shù)的迅猛發(fā)展,民用無(wú)人機(jī)逐步走入人們的日常生活中,并在遙感、測(cè)繪、防災(zāi)減災(zāi)等工作中發(fā)揮出重要作用。與此同時(shí),越來(lái)越多由無(wú)人機(jī)引發(fā)的問(wèn)題也隨之而來(lái),機(jī)場(chǎng)、電站、涉密單位等要害部門被“黑飛”無(wú)人機(jī)入侵事件屢屢發(fā)生,給群眾生活乃至國(guó)家安全帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患。在我國(guó)低空空域逐漸開放的大背景下,如何對(duì)入侵管制空域的無(wú)人機(jī)做到及時(shí)發(fā)現(xiàn),具有越來(lái)越重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文設(shè)計(jì)了一款針對(duì)民用無(wú)人機(jī)的聲學(xué)測(cè)向系統(tǒng)。首先對(duì)較為典型的民用無(wú)人機(jī)飛行噪聲信號(hào)進(jìn)行了分析,并在此基礎(chǔ)上對(duì)四元陣被動(dòng)測(cè)向算法、基于廣義互相關(guān)的時(shí)延估計(jì)算法和基于線譜信號(hào)相位差的時(shí)延估計(jì)算法進(jìn)行MATLAB仿真。之后,結(jié)合仿真結(jié)果與期望達(dá)到的性能指標(biāo),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件平臺(tái)及配套的軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),根據(jù)功能的不同,主要可分為正四面體麥克風(fēng)陣列、信號(hào)采集單元以及控制與數(shù)據(jù)傳輸單元,其中信號(hào)采集單元包含信號(hào)調(diào)理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,控制與數(shù)據(jù)傳輸單元包含數(shù)字控制模塊與網(wǎng)絡(luò)通信模塊。麥克風(fēng)陣列將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào),經(jīng)前置放大后輸出至信號(hào)調(diào)理模塊;信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波與進(jìn)一步放大,其放大倍數(shù)可調(diào);模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用AD7768芯片作為A/D芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集;控制與數(shù)據(jù)傳輸單元選用Cyclone IV系列FPGA(EP4CE6E22C8N)作為主控芯片,主要負(fù)責(zé)控制調(diào)理模塊的放大增益與A/D芯片的數(shù)據(jù)采集,并通過(guò)以W5300網(wǎng)絡(luò)接口芯片為核心的網(wǎng)絡(luò)接口模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳與上位機(jī)控制指令的接收。系統(tǒng)軟件部分包括FPGA控制程序以及上位機(jī)數(shù)據(jù)綜合處理程序。上位機(jī)數(shù)據(jù)綜合處理具有系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)分析與顯示等功能,在測(cè)試過(guò)程中可通過(guò)上位機(jī)程序界面對(duì)原始數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察,并將原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以做后續(xù)分析及資料積累之用。最后,對(duì)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和室外分別進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)。結(jié)果表明,在理想信噪比條件下,聲學(xué)測(cè)向系統(tǒng)可以對(duì)無(wú)人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測(cè)向,具有實(shí)用價(jià)值,證明利用聲學(xué)方法對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)向具有可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279
【圖文】：

使得雷達(dá)探測(cè)法在應(yīng)用過(guò)程中存在很大的局限性，通常只應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。圖1.1 所示為某型車載式相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，可對(duì)無(wú)人機(jī)類“低慢小”目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。無(wú)線電探測(cè)法主要是通過(guò)檢測(cè)特定頻段的無(wú)人機(jī)遙控信號(hào)以及圖像傳輸信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)并定位無(wú)人機(jī)，是一種典型的被動(dòng)探測(cè)技術(shù)，其局限性在于對(duì)部分具有自主飛行模式（即依靠 GPS 信號(hào)或機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行自主飛行）的無(wú)人機(jī)以及非實(shí)時(shí)回傳圖像的無(wú)人機(jī)無(wú)法做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)。圖 1.2 所示為某型被動(dòng)式無(wú)人機(jī)偵測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量無(wú)人機(jī)無(wú)線電信號(hào)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵無(wú)人機(jī)的偵測(cè)。聲探測(cè)技術(shù)是一種全被動(dòng)、全方位探測(cè)手段，它利用飛行器飛行時(shí)發(fā)出的聲音信號(hào)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)。由于多旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，其飛行過(guò)程中旋翼噪聲難以隱藏，且具

有較高的可識(shí)別度；同時(shí)因其飛行高度較低，飛行速度較小，有利于聲探測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤。此外，聲探測(cè)裝備一般價(jià)格較低，具有無(wú)人值守、體積小、功耗低、布設(shè)和運(yùn)行簡(jiǎn)單、對(duì)陣地要求較低的特點(diǎn)，能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視。因此，相比于前兩種方法，聲學(xué)探測(cè)法對(duì)于民用無(wú)人機(jī)的探測(cè)具有更好的泛用性。圖 1.1 某型車載式相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)

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