一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统技术方案

一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统，该方法的步骤包括：步骤S1：低空飞行器声音信号特征的采集，得到噪声分布频段和带宽；步骤S2：建立随机共振探测器阵列；配置参数，使随机共振探测器阵列的特征敏感频点分布在飞行器的噪声分布频段和带宽；步骤S3：构建声学监控立体防护网；在待探测的空间区域内设置声学传感器及一个以上基于步骤S2中随机共振探测器阵列的探测单元，形成声学监控立体防护网；步骤S4：利用声学监控立体防护网进行实时监控。该系统基于上述方法来实现。本发明专利技术具有全天候、低成本、低功耗、探测精度高、适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统
本专利技术主要涉及到
，特指一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统。
技术介绍
低空飞行器飞行噪声是由各种噪声源叠加而成的。主要噪声源包括:旋翼噪声、尾桨噪声、发动机噪声和传动系统噪声等。例如，旋翼直升机和多轴无人机飞行噪声主要有旋翼噪声和尾桨噪声构成。旋翼产生的噪声，是一个周期的噪声信号，其具有鲜明的线频特征，频率低、传播距离远，可以作为有效的远程直升机预警检测信号源。旋翼飞行器噪声具有典型的多谐频特征，信号分离提取分析技术可以量化分析旋翼噪声和尾桨噪声构成，为特征提取奠定了技术基础。近年来，计算机噪声识别技术的发展和进步，使得利用高灵敏度的麦克风进行声源的监听与定向成为可能。基于低频声波的超低空预警系统正是基于该技术发展而来。超低空飞行目标发射声波的主要能量集中在低频段，因而绕射能力强、衰减慢，这就决定了声探测系统具有如下特点：(1)不受能见度的限制。声探测系统可以在夜间、阴雨天和大雾等恶劣气象条件下实施侦察，正好弥补了其它侦察手段的不足(如光学仪器)，保障了全天候昼夜不间断侦察。(2)不受视线限制。声探测技术受地貌、地物的影响不大，可在复杂城市环境下，对收到建筑物遮蔽的低空飞行目标进行警戒探测。(3)作业隐蔽，不易暴露。解决了极低弱旋转噪声信号检测问题，采用被动式工作原理进行声探测，声探测系统不发射任何电磁信号。(4)侦察范围较大。由于低频声波衰减系数小，方向性弱，所以侦察正面范围较大，侦察距离较远，覆盖面积大。(5)生产成本低、消耗功率低、生产周期短。一部声测系统的成本仅及一部侦察校射雷达的几十分之一。(6)基于旋翼飞行器信号特征提取与多特征识别智能算法，可实现多基站组网定位方法实现定位。相对于雷达和视频监控低空警戒系统，基于声探测的低空警戒系统，具有隐蔽性、全天候、低成本、低功耗、不易被干扰等独特的优点，不仅具有战术使用意义，而且也具有战略威慑意义，是全天候低空警戒系统重要组成部分。远程低空飞行器探测与警戒系统所面临的声学环境为极其微弱声信号环境。以直升机为例，以声辐射源声压级130dB，考虑到声波衰减，那么15Km后声压级水平可能仅有30dB，甚至更低，而通常环境下的背景噪声60dB左右，那么远距离处，对于可探测到的直升机声波信号的信噪比SNR小于-30dB。传统声信号处理方法，如时延法、MUSIC阵列算法、极大似然法、变换法等都是基于信号模型的算法，要求SNR>>0才有效果。对于极其微弱的声学环境，SNR<<0，以上方法无法满足远程低空飞行器探测与警戒系统的应用要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种全天候、低成本、低功耗、探测精度高、适用范围广的基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其步骤包括：步骤S1：低空飞行器声音信号特征的采集，得到噪声分布频段和带宽；步骤S2：建立随机共振探测器阵列；配置参数，使随机共振探测器阵列的特征敏感频点分布在飞行器的噪声分布频段和带宽；步骤S3：构建声学监控立体防护网；在待探测的空间区域内设置声学传感器及一个以上基于步骤S2中随机共振探测器阵列的探测单元，形成声学监控立体防护网；步骤S4：利用声学监控立体防护网进行实时监控。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S1中，所述低空飞行器的声音信号为声音频谱特征，所述声音频谱特征包括旋翼基频、二次谐频，尾桨基频、二次谐频、多旋翼基频、二次谐频中的一项或多项，进而建立关联模型。作为本专利技术的进一步改进：所述随机共振探测器阵列的敏感频率范围为分段频率覆盖或者整体频段覆盖。作为本专利技术的进一步改进：所述两个以上的随机共振探测器阵列成间隔状设置。作为本专利技术的进一步改进：所述声学传感器用来敏感环境声音信号，该声音信号由飞行器旋翼噪声s(t)和背景噪声W(t)共同构成；通过模拟信号处理后，旋翼噪声和背景噪声均得到线性增强K[s(t)+W(t)]；增强后的信号通过随机共振探测阵列，将产生非线性能量转化效果。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S4中，经过声纹特征量提取与匹配之后，得到相关信息；依据预先获知的飞行目标声学指纹特征，与实时监控获得的声指纹实时数据特性分析模块输出数据由声纹特征量提取与匹配模块进行比对判定，分析探测目标性质，决策目标事件是否满足触发警戒条件。作为本专利技术的进一步改进：还包括步骤S5：通过重复上述步骤S1到S4，并配置多个随机共振探测器阵列监控谐振频率特征量，对多个谐振频率进行检测。作为本专利技术的进一步改进：还包括步骤S6：通过重复步骤S1到S4，并配置多个空间上分布测控探测点，监控谐振频率特征量，应用于在空间上分布多个测控探测点。作为本专利技术的进一步改进：还包括步骤S7：通过重复步骤S1到S4，并建立复杂的网状结构的分布测控探测点，监控谐振频率特征量，建立更为复杂的网状结构的分布测控探测点。本专利技术进一步提供一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测系统，其包括：飞行目标声学指纹模块，用来收集低空飞行器的声音信号特征；声学传感器，用来敏感环境声音信号；随机共振探测器阵列，用来依据声学传感器采集的实时信号，使得特定频段信号得到加强，并通过内置的声纹特征分析模块，得到相关声纹特征信号；声纹特征量提取与匹配模块，用来将随机共振探测器阵列输出的声纹特征信号与飞行目标声学指纹模块进行比较分析，形成匹配结果输出；事件目标识别模块，用来结合声纹特征量提取与匹配模块输出的匹配结果，分析得到预警信息。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统，探测精度高、适用范围广，其利用低频声波对复杂城市环境各种障碍物的低损耗绕射特性，能够对0.5km-10km范围内的无人机和武装直升机等旋翼飞行器进行远距离探测和预警。2、本专利技术的一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统，基于声探测的低空警戒系统，具有隐蔽性、全天候、低成本、低功耗、不易被干扰等独特的优点，不仅具有战术使用意义，而且也具有战略威慑意义，是全天候低空警戒系统重要组成部分。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中探测系统的结构原理示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中随机共振探测器阵列幅频特征曲线示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中经过随机共振探测器阵列后目标信号S(t)典型幅频特性曲线示意图。图5是本专利技术在具体应用实例中随机共振非线性动力学方程数据流图。图6是本专利技术在具体应用实例中随机共振电路典型的窄带幅频特性曲线示意图。图7是本专利技术在具体应用实例中某型直升机的旋翼(a)和尾桨(b)近场噪声谱分布特征示意图。图8是本专利技术在具体应用实例中随机共振探测器电路模块原理图。图9是本专利技术在具体应用实例中声学监控立体防护网的示意图。图例说明：1、飞行目标声学指纹模块；2、声学传感器；3、随机共振探测器阵列；4、声纹特征量提取与匹配模块；5、事件目标识别模块。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1和图9所示，本专利技术一种基于随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，步骤包括：步骤S1：低空飞行器声音信号特征的采集，得到噪声分布频段和带宽；步骤S2：建立随机共振探测器阵列；配置参数，使随机共振探测器阵列的特征敏感频点分布在飞行器的噪声分布频段和带宽；步骤S3：构建声学监控立体防护网；在待探测的空间区域内设置声学传感器及一个以上基于步骤S2中随机共振探测器阵列的探测单元，形成声学监控立体防护网；步骤S4：利用声学监控立体防护网进行实时监控。

【技术特征摘要】
1.一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，步骤包括：步骤S1：低空飞行器声音信号特征的采集，得到噪声分布频段和带宽；步骤S2：建立随机共振探测器阵列；配置参数，使随机共振探测器阵列的特征敏感频点分布在飞行器的噪声分布频段和带宽；步骤S3：构建声学监控立体防护网；在待探测的空间区域内设置声学传感器及一个以上基于步骤S2中随机共振探测器阵列的探测单元，形成声学监控立体防护网；步骤S4：利用声学监控立体防护网进行实时监控。2.根据权利要求1所述的基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述低空飞行器的声音信号为声音频谱特征，所述声音频谱特征包括旋翼基频、二次谐频，尾桨基频、二次谐频、多旋翼基频、二次谐频中的一项或多项，进而建立关联模型。3.根据权利要求1所述的基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，所述随机共振探测器阵列的敏感频率范围为分段频率覆盖或者整体频段覆盖。4.根据权利要求1所述的基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，所述两个以上的随机共振探测器阵列成间隔状设置。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，所述声学传感器用来敏感环境声音信号，该声音信号由飞行器旋翼噪声s(t)和背景噪声W(t)共同构成；通过模拟信号处理后，旋翼噪声和背景噪声均得到线性增强K[s(t)+W(t)]；增强后的信号通过随机共振探测阵列，将产生非线性能量转化效果。6.根据权利要求5所述的基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法，其特征在于，在所述步骤S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海洋，张智永，龚建，周鑫，章泽，
申请(专利权)人：湖南宇正智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43