[发明专利]基于声阵列的无人机实时检测和定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于声阵列的无人机实时检测和定位系统，其特征在于：该系统包括至少两个声阵列和PC端；声阵列采用十字型对称设计，每条边等间距对称安装四个声音传感器，每个声阵列共有八个声音传感器；PC端接收采集卡采集的声音传感器信号，利用时频分析的结果检测目标是否为无人机，如果为无人机则针对十字型阵列的每个线阵分别做一维的波达方向角度估计，得到目标与十字型阵列两个边的夹角，利用多个阵列各自估计的角度和阵列之间的距离计算出无人机在空间中的坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于声阵列的无人机实时检测和定位系统，其特征在于：所述PC端检测目标是否为无人机的步骤具体为：

（1）当声阵列架设在距离地面一定的高度上，空中物体相对于地面存在水平运动时，发出的声音通过地面反射传给声音传感器，此时在时频图上形成U型高能量区域，根据该特征判断目标物体位于空中还是地面；

（2）无人机飞行时会产生一个基波和一系列基波整数倍频率的谐波，将声音传感器采集的信号作傅里叶变换，得到一个复数向量，取向量中100Hz-1000Hz之间的谐波的模值形成一个行向量作为采集信号的特征向量，从而判断目标是否为无人机。

3.根据权利要求1所述的一种基于声阵列的无人机实时检测和定位系统，其特征在于：所述PC端计算无人机在空间中的坐标的步骤具体为：

（1）以其中一个声阵列为空间坐标原点建立坐标系；

（2）估算目标与声阵列每个线阵的夹角：在频谱图上搜索100Hz-1000Hz之间的无人机各次谐波所对应的向量；利用非相干子空间波达方向角度估计得到空间谱函数，分别估算出各次谐波对应的角度；将各次谐波的角度按照频谱图中的幅值进行加权得出无人机与声阵列线阵的夹角；

（3）利用步骤2得到的角度和声阵列中心之间的间距计算出无人机在空间的坐标。

4.一种基于声阵列的无人机实时检测和定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，首先在待监测区域铺设至少两个声阵列，声阵列采用十字型对称设计，声阵列之间有一定的距离，便于覆盖待监测的区域；采用数据采集卡将声音信号同时汇聚到PC端；

步骤2，PC端将接收到的声音信号作短时傅里叶变化得到时频结果，利用U型高能量区特征鉴别声源是否由空中发出，利用信号特征频率向量判断目标是否为无人机；

步骤3，在频谱图上搜索100Hz-1000Hz之间的无人机各次谐波所对应的向量；利用非相干子空间波达方向角度估计得到空间谱函数，分别估算出各次谐波对应的角度；将各次谐波的角度按照频谱图中的幅值进行加权得出无人机与声阵列线阵的夹角；

步骤4，利用步骤3得到的角度和声阵列中心之间的间距计算出无人机在空间的坐标；

步骤5，将结果在三维坐标系中进行显示，实时更新无人机在三维坐标系中轨迹，实现目标的可视化。