一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统技术方案

本发明专利技术涉及一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统，包括设置在监控区域内的多个传声器阵列节点，所述传声器阵列节点与监控中心实现通讯连接，所述传声阵列节点用于采集监控区域内的声音信号，一旦检测到目标后，对目标声音信号进行分析处理得到目标的波达方向估计，并将估计结果上传至所述监控中心；所述监控中心用于将多个传声器阵列节点的上传数据进行融合处理，得到目标的位置信息。本发明专利技术可以实现对监控区域内出现的目标的定位与跟踪，从而实现对低空目标的实时监控管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低空目标定位跟踪
，特别是涉及一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统。
技术介绍
随着我国低空空域的逐步开放，我国在通用航空领域的发展逐步加快，中国民用飞机市场将呈现一种井喷的态势。然而飞机的飞行会受到诸多因素的限制和影响，为了维持飞行秩序，保证飞行安全，空中交通管制部门要划定航线、避免各类飞机在空中相撞或与地面障碍物(如山头、高层建筑物等)相撞等事故发生。因此保障飞行安全是目前通用航空领域的一个重要研究课题。同时，低空空域开放还有利于建立航空救援体系。由于通用航空飞行器较少受复杂地形影响，并且具有各种独特作业手段，在各种抢险救灾中发挥着不 可替代的重大作用。此外，通用航空在医疗救护、沙漠治理、石油开采、电力系统建设维护、遥感勘测、城市公安等方面都有着十分广泛的用途。低空目标的定位与跟踪问题已成为低空空域开放后通用航空领域迫切需要解决的首要问题。目前，我国空域管理监测手段主要依靠雷达系统，但是由于受到地球曲率与雷达电磁条件的影响，雷达监测系统中存在监测盲区，尤其在中远程对低空目标的探测能力表现不足，即使现阶段正在研究的多基雷达系统、或多部高空雷达与地面雷达相结合的监测系统也不能完全消除低空盲区；大型雷达监测系统还存在结构复杂，后勤保障要求高，难以满足快速、移动布设等条件限制。和雷达探测比较，声学探测具有无盲区、全方向、维护保障要求低、工作功耗低、受地形地貌的影响小等特点。虽然通用航空活动的高度范围比较广泛，但是主要的高度都在相对高度3000米以下，而这些区域均属于声探测能力强、雷达探测能力弱的近地低空。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统，以实现对监控区域内出现的目标的定位与跟踪，从而实现对低空目标的实时监控管理。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统，包括设置在监控区域内的多个传声器阵列节点，所述传声器阵列节点与监控中心实现通讯连接，所述传声阵列节点用于采集监控区域内的声音信号，一旦检测到目标后，对目标声音信号进行分析处理得到目标的波达方向估计，并将估计结果上传至所述监控中心；所述监控中心用于将多个传声器阵列节点的上传数据进行融合处理，得到目标的位置信息。所述传声器阵列节点包括前端传声器阵列探测部分和节点数据处理部分；所述前端传声器阵列探测部分用于采集监控区域内的声音信号；所述节点数据处理部分用于对所述前端传声器阵列探测部分采集到的声音信号进行分析处理。所述前端传声器阵列探测部分由多个排列成阵列的前端单传声器结构组成；所述前端单传声器结构包括传声器、第一可伸缩杆、第二可伸缩杆、固定杆、数据采集器和三脚支架；所述三脚支架上设有固定杆，所述固定杆内套有第一可伸缩杆，所述第一可伸缩杆内套有第二可伸缩杆，所述第二可伸缩杆上安装有所述传声器；所述三脚支架上安装有数据采集器，所述数据采集器与所述传声器相连。所述节点数据处理部分包括第一中央处理器、第二中央处理器、信号采集模块、GPS定位模块、电子罗盘和无线通信模块；所述信号采集模块用于采集前端传声器阵列探测部分采集到的声音信号数据，并对声音信号数据进行放大、滤波；所述第二中央处理器用于处理经过放大滤波后的声音信号数据，并将结果传送至所述第一中央处理器；所述定位模块用于接收卫星信号对随机布设的传声器阵列节点进行定位；所述电子罗盘根据定北极的结果为传声器阵列节点提供参考方向；所述第一中央处理器根据所述第二中央处理器、定位模块和电子罗盘得到的数据进行分析处理得到目标的波达方向估计；所述通信模块用于将目标的波达方向估计结果发送至监控中心。 所述第一中央处理器还对声音信号数据进行目标检测算法，根据目标检测算法结果判断是否进行波达方向估计。所述目标检测算法采用了多种特征联合检测，特征主要包括能量、过零率、功率-i'TfeP曰。所述第一中央处理器采用了虚拟阵列设计方法，先使用Khatri-Ra0积将原阵列扩展成一个圆形阵列上，在圆形阵列上使用近似最大似然估计的算法得到阵列波达方向，即将观测到的变量的频域信号看成是符合正态分布的多维随机矢量，通过计算观测变量的概率分布函数，得到观测值的最大似然估计。根据给出目标的声波信号方位角测量序列估计当前目标的运动状态参数，在非高斯非线性的环境下，使用粒子滤波来完成贝叶斯滤波的过程，采用一系列随机采样点来近似目标状态向量的后验概率密度，以样本均值代替贝叶斯滤波的积分计算从而获得波达方向估计状态估计值。所述粒子滤波为高斯滤波方式，分为测量更新和时间更新两个阶段，在粒子更新过程中采用更新粒子高斯分布参数的方法。所述监控中心用于接收多个传声器阵列节点上传的数据，根据传声器阵列节点对目标波达方向的估计结果利用多传感器阵列节点信息融合的方式对目标进行初步的定位，并通过目标初始位置的定位再利用多模型算法对目标进行跟踪。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本专利技术利用传声器阵列结构可调的便利性，组成不同的阵列形式，便于根据环境参数、目标特性进行阵列结构调整，获得对低空目标的最佳监测结果。各传声器阵列节点实时上传目标的方位信息，在监测中心进行信息融合处理，得到目标的位置信息，实现对目标的定位和跟踪。本专利技术可以很好地弥补雷达系统的不足，作为低空区域民用飞机的安全保障手段，辅助完成空中交通的安全管理。附图说明图I是本专利技术的系统结构示意图；图2是本专利技术中前端单传声器结构示意图；图3是本专利技术中节点数据处理部分结构示意图；图4是基于Khatri-Rao积的近似最大似然估计算法和直接使用近似最大似然估计算法关于分辨率与信噪比的关系图；图5是基于DOA估计的目标跟踪算法仿真图；图6是传声器阵列节点工作流程图；图7是监控中心工作流程图。 具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统，如图I所示，包括设置在监控区域内的多个传声器阵列节点，所述传声器阵列节点与监控中心实现通讯连接，所述传声阵列节点用于采集监控区域内的声音信号，一旦检测到目标后，对目标声音信号进行分析处理得到目标的波达方向估计，并将估计结果上传至所述监控中心；所述监控中心用于将多个传声器阵列节点的上传数据进行融合处理，得到目标的位置信息。其中，所述传声器阵列节点包括前端传声器阵列探测部分和节点数据处理部分；所述前端传声器阵列探测部分用于采集监控区域内的声音信号；所述节点数据处理部分用于对所述前端传声器阵列探测部分采集到的声音信号进行分析处理。所述前端传声器阵列探测部分由多个排列成阵列的前端单传声器结构组成。如图2所不，所述前端单传声器结构包括传声器I、第一可伸缩杆3、第二可伸缩杆2、固定杆4、数据采集器6和三脚支架5 ;所述三脚支架5上设有固定杆4，所述固定杆4内套有第一可伸缩杆3，所述第一可伸缩杆3内套有第二可伸缩杆2，所述第二可伸缩杆2上安装有所述传声器I 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传声器阵列结构可变的低空目标定位与跟踪系统，包括设置在监控区域内的多个传声器阵列节点，所述传声器阵列节点与监控中心实现通讯连接，其特征在于，所述传声阵列节点用于采集监控区域内的声音信号，一旦检测到目标后，对目标声音信号进行分析处理得到目标的波达方向估计，并将估计结果上传至所述监控中心；所述监控中心用于将多个传声器阵列节点的上传数据进行融合处理，得到目标的位置信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭光，江潇潇，张军，李双，赵康，何为，胡育昱，王营冠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：