CN106409278A - 一种无人机有源噪声控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机噪声控制技术领域，尤其涉及一种无人机有源噪声控制装置。该无人机有源噪声控制装置包括无人机本体以及设置在无人机本体上的噪声采集模块、音频处理模块、抗噪声计算模块和次级噪声产生模块，其中所述噪声采集模块与所述音频处理模块相连，所述音频处理模块分别与所述抗噪声计算模块、所述次级噪声产生模块相连，所述抗噪声计算模块与所述次级噪声产生模块相连。该无人机有源噪声控制装置具有良好的低频噪声控制特性，降噪效果更明显，同时重量轻，体积小，不会给无人机增加负担，无需改变无人机原有的结构。

Description

一种无人机有源噪声控制装置
技术领域
本发明涉及无人机噪声控制技术领域，尤其涉及一种无人机有源噪声控制装置。
背景技术
近年来，随着无人机技术的日渐成熟以及国内外无人机市场的高速发展，其在军事，工业，农业，民用等领域开始有了大规模应用。但是由于无人机工作时的发动机和桨叶旋转，导致其在飞行过程中会产生较大的噪声。无人机产生的噪声不仅会给用户带来不便，而且会干扰飞行区域内居民的生活以及学校、医院等机构的正常运营。此外，噪声还会严重影响无人机侦查任务的进行。所以无人机噪声的存在一定程度上限制了它的正常工作。
现有的无人机的噪声控制手段主要为无源噪声控制。无源噪声控制是通过在噪声传播的途径上设置具备吸收，阻隔声波功能的音障，达到消除噪声的目的。但该方法具有很大的局限性，并且不能从根本上阻止噪音的产生，因此适用于噪声声源位置较为固定的场景。而无人机在工作中位置时刻发生变化。无源噪声控制在这个场景之下不能发挥作用。目前还有一种无人机的降噪方法是改变飞机桨叶的叶片长度或者叶型，该方法虽有降噪的效果，但是会对无人机的动力装置带来影响，使得其输出功率和推力不足，导致无人机的飞行性能下降。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种无人机有源噪声控制装置，解决现有的无人机噪声控制装置无法从根本上阻止噪音的产生，降噪效果较差，影响无人机飞行性能的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机有源噪声控制装置，包括无人机本体以及设置在无人机本体上的噪声采集模块、音频处理模块、抗噪声计算模块和次级噪声产生模块，其中所述噪声采集模块与所述音频处理模块相连，所述音频处理模块分别与所述抗噪声计算模块、所述次级噪声产生模块相连，所述抗噪声计算模块与所述次级噪声产生模块相连；
所述无人机本体在飞行过程中产生无人机噪声信号；
所述噪声采集模块用于采集所述无人机本体产生的无人机噪声信号，将无人机噪声信号存储为初级噪声信号进行输出；
所述音频处理模块用于接收所述噪声采集模块输出的初级噪声信号，将初级噪声信号输出至所述次级噪声产生模块；且所述音频处理模块通过调用算法得到针对初级噪声信号的次级声通道估计值，并将初级噪声信号和次级声通道估计值进行输出；
所述抗噪声计算模块用于接收所述音频处理模块输出的初级噪声信号和次级声通道估计值，通过群粒子优化算法得到抗噪声，并将抗噪声进行输出；
所述次级噪声产生模块用于分别接收所述音频处理模块输出的初级噪声信号以及所述抗噪声计算模块输出的抗噪声，并播放抗噪声。
进一步地，所述噪声采集模块包括误差传声器和频谱分析器，其中所述误差传声器用于采集所述无人机本体产生的无人机噪声信号，所述频谱分析器用于对无人机噪声信号进行频谱分析。
进一步地，所述音频处理模块包括第一微处理器，所述第一微处理器用于对初级噪声信号进行处理，获得针对初级噪声信号的次级声通道估计值。
具体地，所述第一微处理器包括信号功率放大子模块、次级声通道估算子模块和自适应滤波器，其中所述信号功率放大子模块用于对初级噪声信号进行功率放大处理；所述的次级声通道估算子模块和自适应滤波器分别用于对功率放大处理后的初级噪声信号进行计算处理，获得次级声通道估计值。
进一步地，所述抗噪声计算模块包括第二微处理器，所述第二微处理器包括粒子群优化计算子模块，所述粒子群优化计算子模块用于对初级噪声信号和次级声通道估计值进行计算处理，获得抗噪声。
进一步地，所述次级噪声产生模块包括音频播放器，所述音频播放器用于播放抗噪声。
具体地，所述音频播放器为扬声器。
特别地，所述抗噪声与所述初级噪声的振幅相同且相位相反。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明所述的无人机有源噪声控制装置，针对无人机产生的无人机噪声信号，通过噪声采集模块收集噪声进行无人机噪声信号采集和频谱分析，传递给音频处理模块；通过音频处理模块接收初级噪声信号，传递给次级噪声产生模块，并通过调用算法得到针对初级噪声信号的次级声通道估计值并传递给抗噪声计算模块；通过抗噪声计算模块加载次级声通道估计值，利用初级噪声信号，调用群粒子优化算法得到抗噪声并传递给次级噪声产生模块；次级噪声产生模块接收抗噪声计算模块的抗噪声，播放抗噪声用于抵消无人机噪声。
与传统的无人机降噪技术相比，本发明所述的无人机有源噪声控制装置具有更好的低频噪声控制特性，降噪效果更明显，同时重量轻、体积小，不会给无人机增加负担，不必改变无人机原有的结构。
附图说明
图1是本发明实施例无人机有源噪声控制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例无人机有源噪声控制装置的工作流程图。
图中：1：无人机本体；2：噪声采集模块；3：音频处理模块；4：抗噪声计算模块；5：次级噪声产生模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明实施例提供的一种无人机有源噪声控制装置，包括无人机本体1以及设置在无人机本体1上的噪声采集模块2、音频处理模块3、抗噪声计算模块4和次级噪声产生模块5，其中所述噪声采集模块2与所述音频处理模块3相连，所述音频处理模块3分别与所述抗噪声计算模块4、所述次级噪声产生模块5相连，所述抗噪声计算模块4与所述次级噪声产生模块5相连。
所述无人机本体1在实际飞行过程中，发动机的进、出气以及螺桨的旋转引起噪声产生，发出无人机噪声信号。
所述噪声采集模块2用于采集所述无人机本体1产生的无人机噪声信号，将无人机噪声信号存储为初级噪声信号传递给所述音频处理模块3。其中，所述噪声采集模块2采集的无人机噪声信号的采样频率为44KHz。
所述音频处理模块3用于接收所述噪声采集模块2传递的初级噪声信号，将初级噪声信号传递给所述次级噪声产生模块5。同时，所述音频处理模块3通过调用算法得到针对初级噪声信号的次级声通道估计值，再将初级噪声信号和次级声通道估计值传递给所述抗噪声计算模块4。其中，次级声通道估计值是在抗噪声计算模块4中所需要的重要参数。
所述抗噪声计算模块4用于接收所述音频处理模块3传递的初级噪声信号和次级声通道估计值，所述抗噪声计算模块4通过群粒子优化算法得到抗噪声并传递给所述次级噪声产生模块5。
所述次级噪声产生模块5用于分别接收所述音频处理模块3传递的初级噪声信号以及所述抗噪声计算模块4传递的抗噪声，并对抗噪声进行播放，用于抵消无人机噪声。其中所述抗噪声与所述初级噪声的振幅相同且相位相反，也即，所述抗噪声与无人机噪声的振幅相同且相位相反。
进一步来说，所述噪声采集模块2包括误差传声器和频谱分析器，其中所述误差传声器用于采集所述无人机本体1产生的无人机噪声信号并传递给频谱分析器，所述频谱分析器用于对无人机噪声信号进行频谱分析，因为有源噪声控制对低频段噪声更具备针对性。所述噪声采集模块2再将经过频谱分析处理后的无人机噪声信号存储为初级噪声信号传递给所述音频处理模块3。
进一步来说，所述音频处理模块3包括具备估计次级声通道算法的第一微处理器，所述第一微处理器用于对初级噪声信号进行处理，获得针对初级噪声信号的次级声通道估计值。
具体来说，所述第一微处理器包括信号功率放大子模块、次级声通道估算子模块和自适应滤波器，其中所述信号功率放大子模块用于对初级噪声信号进行功率放大处理。所述的次级声通道估算子模块和自适应滤波器分别用于对功率放大处理后的初级噪声信号进行计算处理，获得次级声通道估计值。
更具体来说，通过所述音频处理模块3计算次级声通道估计值的过程为：
通过信号功率放大子模块对初级噪声信号进行功率放大处理，将经过功率放大处理后的初级噪声信号输入至次级声通道估算子模块和自适应滤波器，作为估计次级声通道算法和自适应滤波器的输入信号；
参数初始化，设定参数输出差值的目标值；
当次级声通道估算子模块的输出信号与自适应滤波器的输出信号的差值达到预定的目标值，则计算自适应滤波器的系数参数，从而得到次级声通道估计值。
进一步来说，所述抗噪声计算模块4包括具备粒子群算法的第二微处理器，所述第二微处理器包括粒子群优化计算子模块，所述粒子群优化计算子模块用于对初级噪声信号和次级声通道估计值进行计算处理，获得抗噪声。
具体来说，所述抗噪声计算模块4计算获得抗噪声的过程为：
将初级噪声信号和次级声通道估计值输入至粒子群优化计算子模块，作为粒子群优化算法的输入参数；
对粒子群优化计算子模块中的参数进行初始化，设置粒子数、控制器阶数以及数据块长度，并初始化粒子速度和位置参数；
调用粒子群优化算法，得到最佳的抗噪声值，输出计算得到的针对无人机噪声的抗噪声。
进一步来说，所述次级噪声产生模块5包括音频播放器，所述音频播放器用于播放抗噪声，其中所述音频播放器优选为扬声器。所述次级噪声产生模块5通过播放抗噪声来抵消无人机噪声。
如图2所示，本发明所述的无人机有源噪声控制装置的工作过程为：
所述无人机本体1在实际飞行过程中，产生无人机噪声信号。针对无人机产生的无人机噪声信号，噪声采集模块2收集噪声并进行频谱分析存储为初级噪声信号，再传递给音频处理模块3。音频处理模块3接收初级噪声信号，传递给次级噪声产生模块5，并通过调用次级声通道估算法得到针对初级噪声信号的次级声通道估计值并传递给抗噪声计算模块。抗噪声计算模块4加载次级声通道估计值，利用初级噪声信号，调用群粒子优化算法得到抗噪声并传递给次级噪声产生模块5。次级噪声产生模块5接收抗噪声计算模块的抗噪声，并播放抗噪声用于抵消无人机噪声。
表1是通过本发明的无人机有源噪声控制装置进行消降噪试验的试验结果，由表1可明显得出，使用本发明所述的无人机有源噪声控制装置的降噪效果非常明显。
表1
综上所述，本发明所述的无人机有源噪声控制装置，具有更好的低频噪声控制特性，降噪效果更明显，同时重量轻、体积小，不会给无人机增加负担，不必改变无人机原有的结构。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无人机有源噪声控制装置，其特征在于：包括无人机本体以及设置在无人机本体上的噪声采集模块、音频处理模块、抗噪声计算模块和次级噪声产生模块，其中所述噪声采集模块与所述音频处理模块相连，所述音频处理模块分别与所述抗噪声计算模块、所述次级噪声产生模块相连，所述抗噪声计算模块与所述次级噪声产生模块相连；
所述无人机本体在飞行过程中产生无人机噪声信号；
所述噪声采集模块用于采集所述无人机本体产生的无人机噪声信号，将无人机噪声信号存储为初级噪声信号进行输出；
所述音频处理模块用于接收所述噪声采集模块输出的初级噪声信号，将初级噪声信号输出至所述次级噪声产生模块，且所述音频处理模块通过调用算法得到针对初级噪声信号的次级声通道估计值，并将初级噪声信号和次级声通道估计值进行输出；
所述抗噪声计算模块用于接收所述音频处理模块输出的初级噪声信号和次级声通道估计值，通过群粒子优化算法得到抗噪声，并将抗噪声进行输出；
所述次级噪声产生模块用于分别接收所述音频处理模块输出的初级噪声信号以及所述抗噪声计算模块输出的抗噪声，并播放抗噪声。
2.根据权利要求1所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述噪声采集模块包括误差传声器和频谱分析器，其中所述误差传声器用于采集所述无人机本体产生的无人机噪声信号，所述频谱分析器用于对无人机噪声信号进行频谱分析。
3.根据权利要求1所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述音频处理模块包括第一微处理器，所述第一微处理器用于对初级噪声信号进行处理，获得针对初级噪声信号的次级声通道估计值。
4.根据权利要求3所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述第一微处理器包括信号功率放大子模块、次级声通道估算子模块和自适应滤波器，其中所述信号功率放大子模块用于对初级噪声信号进行功率放大处理；所述的次级声通道估算子模块和自适应滤波器分别用于对功率放大处理后的初级噪声信号进行计算处理，获得次级声通道估计值。
5.根据权利要求1所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述抗噪声计算模块包括第二微处理器，所述第二微处理器包括粒子群优化计算子模块，所述粒子群优化计算子模块用于对初级噪声信号和次级声通道估计值进行计算处理，获得抗噪声。
6.根据权利要求1所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述次级噪声产生模块包括音频播放器，所述音频播放器用于播放抗噪声。
7.根据权利要求6所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述音频播放器为扬声器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的无人机有源噪声控制装置，其特征在于：所述抗噪声与所述初级噪声的振幅相同且相位相反。
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