發(fā)布時間：2020-06-26 22:18

【摘要】：隨著無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技術(shù)的迅猛發(fā)展,民用無人機逐步走入人們的日常生活中,并在遙感、測繪、防災(zāi)減災(zāi)等工作中發(fā)揮出重要作用。與此同時,越來越多由無人機引發(fā)的問題也隨之而來,機場、電站、涉密單位等要害部門被“黑飛”無人機入侵事件屢屢發(fā)生,給群眾生活乃至國家安全帶來了嚴(yán)重的安全隱患。在我國低空空域逐漸開放的大背景下,如何對入侵管制空域的無人機做到及時發(fā)現(xiàn),具有越來越重要的現(xiàn)實意義。本文設(shè)計了一款針對民用無人機的聲學(xué)測向系統(tǒng)。首先對較為典型的民用無人機飛行噪聲信號進行了分析,并在此基礎(chǔ)上對四元陣被動測向算法、基于廣義互相關(guān)的時延估計算法和基于線譜信號相位差的時延估計算法進行MATLAB仿真。之后,結(jié)合仿真結(jié)果與期望達到的性能指標(biāo),設(shè)計了系統(tǒng)硬件平臺及配套的軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,根據(jù)功能的不同,主要可分為正四面體麥克風(fēng)陣列、信號采集單元以及控制與數(shù)據(jù)傳輸單元,其中信號采集單元包含信號調(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)陣列將聲信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號,經(jīng)前置放大后輸出至信號調(diào)理模塊;信號調(diào)理模塊對輸入信號進行濾波與進一步放大,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芯片對信號進行采集;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)接口模塊與上位機進行通信,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時上傳與上位機控制指令的接收。系統(tǒng)軟件部分包括FPGA控制程序以及上位機數(shù)據(jù)綜合處理程序。上位機數(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,在測試過程中可通過上位機程序界面對原始數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行實時觀察,并將原始數(shù)據(jù)存儲以做后續(xù)分析及資料積累之用。最后,對系統(tǒng)在實驗室環(huán)境和室外分別進行測試,驗證系統(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)測向系統(tǒng)可以對無人機目標(biāo)進行較為準(zhǔn)確的測向,具有實用價值,證明利用聲學(xué)方法對無人機進行測向具有可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279
【圖文】：

使得雷達探測法在應(yīng)用過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_系統(tǒng)，可對無人機類“低慢小”目標(biāo)進行探測。無線電探測法主要是通過檢測特定頻段的無人機遙控信號以及圖像傳輸信號來發(fā)現(xiàn)并定位無人機，是一種典型的被動探測技術(shù)，其局限性在于對部分具有自主飛行模式（即依靠 GPS 信號或機器視覺進行自主飛行）的無人機以及非實時回傳圖像的無人機無法做到及時發(fā)現(xiàn)。圖 1.2 所示為某型被動式無人機偵測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過實時測量無人機無線電信號方向，實現(xiàn)對入侵無人機的偵測。聲探測技術(shù)是一種全被動、全方位探測手段，它利用飛行器飛行時發(fā)出的聲音信號實現(xiàn)目標(biāo)探測。由于多旋翼無人機的結(jié)構(gòu)特性，其飛行過程中旋翼噪聲難以隱藏，且具

有較高的可識別度；同時因其飛行高度較低，飛行速度較小，有利于聲探測系統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤。此外，聲探測裝備一般價格較低，具有無人值守、體積小、功耗低、布設(shè)和運行簡單、對陣地要求較低的特點，能夠長時間不間斷對空中目標(biāo)進行監(jiān)視。因此，相比于前兩種方法，聲學(xué)探測法對于民用無人機的探測具有更好的泛用性。圖 1.1 某型車載式相控陣?yán)走_系統(tǒng)

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10 呂迅z

本文編號：2730969