[发明专利]基于大耳蝠双耳廓仿生声呐的目标定位装置及方法

说明书

本发明公开了基于大耳蝠双耳廓仿生声呐的目标定位装置及方法，基于蝙蝠仿生耳的回声定位装置，使用两个阵元获取的回声就能确定到目标的方位角和俯仰角，定位到目标所在的空间位置，解决了使用双阵元天线无法定位到空间坐标的问题。本发明所述的基于蝙蝠仿生耳的定位方法，根据蝙蝠耳的滤波特性，使用了神经网络估计空间位置的方法，并且使用了脉冲串估计方法减小了估计角度的误差，得到了精确的方位角和俯仰角。

技术领域

本公开涉及目标定位领域，特别是涉及基于大耳蝠双耳廓仿生声呐的目标定位装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提高了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在天线的阵列信号处理中，如果想利用天线对某一物体进行准确的定位，将天线的位置作为原点，仰角、方位角、距离这三个分量缺一不可。使用发射的信号与回波信号的时间差可以确定距离，利用时延估计或多重信号分类(MUSIC)等算法能够计算出方位角的变化，但是仰角方向上的算法却有待研究。

蝙蝠声呐可以使蝙蝠在黑暗和复杂的环境下拥有灵活的运动能力，蝙蝠有许多种类，它们的耳朵和鼻叶各不相同，能够让蝙蝠获得空间中物体的位置信息。作为蝙蝠信号发射部位的鼻叶和接受回声的耳廓经过长期进化，形成了与声呐系统相适应的外在复杂结构，蝙蝠的外耳能够等效为一个声学天线，仅通过两个外耳的声音反射就可以对声场的波束进行调节。

对于蝙蝠的定位特性的研究，很多国家的研究者都对此进行了大量尝试。当今基于声波定位技术在工程技术的应用上取得了较大的进步，很多研究表明，使用类似于蝙蝠发出的宽带声信号能够识别物体的空间信息。Yamada Y等人研究了能够使用类似蝙蝠头的装置来检测空间中某些位置的信息，并且实现避障功能。R Müller等人模仿马铁菊头蝠的耳廓的动态形变设计了仿生智能耳。Dieter Vanderelst等人根据他们统计的声音数据提取的特征，将一些自然物体分类，实现了场景识别功能。Itamar Eliakim设计了一个使用阵列麦克风回声定位原理的小车，能够自动收集地图信息。然而以上很多研究实验只是应用了双耳时延法估计方位角角度和超声测距原理估算目标距离。对于单只蝙蝠耳的结构对目标方位的准确判断却没有很多的研究，蝙蝠耳接收到的回波所包含的复杂信息也没有被充分运用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于大耳蝠双耳廓仿生声呐的目标定位装置及方法；

第一方面，本公开提供了基于大耳蝠双耳廓仿生声呐的目标定位装置；

基于大耳蝠双耳廓仿生声呐的目标定位装置，包括：超声发生器，所述超声发生器向待测物体发射超声信号；超声信号经过待测物体反射后被安装在两个仿大耳蝠耳廓内侧底部的两个超声接收器接收；两个超声接收器接收后，将接收的信号送入信号采集器；信号采集器将采集的两个麦克风的信号由模拟信号转为数字信号后送入信号处理器；信号处理器对接收的数字信号通过短时傅里叶变换进行信号能量特征提取，将能量特征输入到训练好的神经网络中，识别待测物体的方位角和俯仰角。

所述仿大耳蝠耳廓，包括左仿生耳廓和右仿生耳廓；是对真实大耳蝠的左右两个耳廓分别进行三维扫描，获得大耳蝠耳廓的三维数据；然后通过3D打印机打印获得；打印尺寸为真实大耳蝠耳廓尺寸的n倍，超声信号的发射频率为真实蝙蝠频率的

所述仿大耳蝠耳廓，前倾设定角度固定在旋转平台上，所述旋转平台通过步进电机的控制进行旋转；所述步进电机通过控制器控制。

发射超声信号为线性调频信号脉冲串，通过改变待测物体相对超声接收器的高度和方位，来实现对待测物体相对超声接收器的方位角和俯仰角的采集。

所述超声发射器为超声喇叭，所述超声喇叭的型号包括但不限于Avisoft公司生产的ultra sound gate。