CN112835032A - 一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，涉及公共卫生及防疫技术领域。所述抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，包括无人机和设在无人机搭载平台上的声雷达；所述声雷达包括：H形双线阵列声源，所述H形双线阵列声源包括线阵列声源Ⅰ、线阵列声源Ⅱ和贯穿线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ进行连接的固定轴，所述固定轴一端通过轴承固定在无人机搭载平台上。本发明，使相长干涉的高频声具有较高的声压级，而定点定向区域外的人只能听见模糊的低频声，而它对声级计的测量没有贡献，减少了噪声污染，也有针对性的仅对目标个体进行语音警示，管控科学、合理。
Description
技术领域
本发明涉及公共卫生及防疫技术领域，具体涉及一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达。
背景技术
目前，常见的无人机警示系统多采用高音喇叭对人群密集处、体育比赛观众区、居民区和村庄等进行广播式警示，但是，其存在以下两大技术问题：
1、高音喇叭本身就是环境噪声源，它一般执行勤务时，距离地面很近，而且高音喇叭具有很高的声功率级，据相关测试表明，Lw可达到100dB(距离声源1米处)，故对环境噪声的贡献，在距地面1.2米处检测(国家检测标准)可达到85dB以上，但是，上述环境标准要求均在40—60dB，所以这样的无人机系统会成为严重污染环境的噪声源；
2、由于不遵纪守法的被警示目标人员，在给定区域内只是少数人，而多数遵纪守法者也同样要接受高噪声警示，这样的管控既不科学也不合理。
如何解决上述技术问题，是目前公共卫生及防疫技术领域需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供了以下技术方案：一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，包括无人机和设在无人机搭载平台上的声雷达；所述声雷达包括：
H形双线阵列声源，所述H形双线阵列声源包括线阵列声源Ⅰ、线阵列声源Ⅱ和贯穿线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ进行连接的固定轴，所述固定轴一端通过轴承固定在无人机搭载平台上；
语音带通滤波器，所述语音带通滤波器均与线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ电连接；
步进电机，所述步进电机固接在无人机搭载平台上；
齿轮转动副，所述齿轮转动副包括固接在步进电机输出轴上的主动齿轮，与固定轴另一端固接的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮互相啮合。
优选的，所述H形双线阵列声源通过语音带通滤波器进行语音信号滤波，获取语音倍频程高频分量，其倍频程中心频率为1kHz、2kHz和3kHz。
优选的，所述信号频率为1kHz、2kHz和3kHz的语音信号在各自频段内满足相干条件。
优选的，所述语音频谱倍频程中心频率为1kHz时，线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ的长度均为波长的3倍，主瓣角宽度为30°。
优选的，所述语音频谱倍频程中心频率为2kHz时，线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ的长度均为波长的6倍，主瓣角宽度为15°。
优选的，所述语音频谱倍频程中心频率为3kHz时，主瓣宽度角小于15°。
优选的，所述无人机上还设有云台摄像机。
优选的，还包括控制器，所述控制器与步进电机电连接。
本发明实施例提供的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，具有以下有益效果：本发明，建立了线阵列干涉语音警示声雷达，在无人机进行语音警示过程中，通过H形双线阵列声源的双主瓣使声音在固定的相位差之下进行叠加，在目标周围建立相长干涉的干涉声场，即将空间均布的声能量集中到目标处，此时播放警示语音，则目标个体处声压级很高，达到如雷贯耳的效果，而非目标区的非目标个体只能听见模糊的低频声，而它对声级计的测量没有贡献，减少了噪声污染，也有针对性的仅对目标个体进行语音警示，管控科学、合理。
附图说明
图1为线声源的指向性图案；
图2为声雷达主瓣指向性角度扫描图；
图3为线声源倍频程滤波后500Hz、1kHz和2kHz三波段的中心频率的主瓣分布图；
图4为声雷达主瓣辐射主要目标图；
图5为H形双线阵列声源结构图；
图6为本发明抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达。
具体实施方式
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，所述描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所述获得的所述有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1-图6。
针对上述背景技术提到的问题，本发明实施例提供了一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，以解决上述技术问题。本发明使相长干涉的高频声具有较高的声压级，而定点定向区域外的人只能听见模糊的低频声(人耳对低频不敏感)，减少了噪声污染，也有针对性的仅对目标个体进行语音警示，管控科学、合理。
本发明技术方案如下：
一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，包括无人机1和固定连接在无人机搭载平台上的声雷达3；所述声雷达3包括：
H形双线阵列声源，所述H形双线阵列声源包括线阵列声源Ⅰ3-4、线阵列声源Ⅱ3-5和贯穿线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5进行连接的固定轴3-7，所述线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5结构相同；
所述固定轴3-7与线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5贯穿位置均固定连接，且固定轴3-7贯穿线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5后均有一段延伸设置，所述固定轴3-7延伸的一端通过轴承3-6固定在无人机搭载平台上；
语音带通滤波器，所述语音带通滤波器均与线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5电连接；
步进电机3-1，所述步进电机3-1固定连接在无人机搭载平台上；本实施例中，所述步进电机3-1为精密扭矩步进电机；
齿轮转动副，所述齿轮转动副包括固定连接在步进电机3-1输出轴上的主动齿轮3-2，与固定轴3-7另一延伸端固定连接的从动齿轮3-3，所述主动齿轮3-2和从动齿轮3-3互相啮合。
通过步进电机3-1控制齿轮转动副运动，可以实现H形双线阵列声源在垂直平面内完成俯仰运动。
需要说明的是，考虑到警示语言非音乐信号，分辨率主要为1k-3k，而音乐信号需要有低频才丰富，故警示语言可以含有更多的高频成分，由于高频丰富决定语言的清晰度高，所以我们通过设置语音带通滤波器对300Hz—500Hz的低频语音信号部分进行了滤波处理，这样语音的主观感觉较为尖锐，符合警示语音的要求。
优选的，所述H形双线阵列声源通过语音带通滤波器进行语音信号滤波，获取语音倍频程高频分量，其倍频程中心频率为1kHz、2kHz和3kHz。
优选的，所述信号频率为1kHz、2kHz和3kHz的语音信号在各自频段内满足相干条件，即：频率相同、振动方向相同和相位差恒定，从而在目标处建立高声压级高响度的干涉声场，达到精准警示的目的。
优选的，所述语音频谱倍频程中心频率为1kHz时，线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5的长度均为波长的3倍，主瓣角宽度为30°(指向性图案为图1左图)。
优选的，所述语音频谱倍频程中心频率为2kHz时，线阵列声源Ⅰ3-4和线阵列声源Ⅱ3-5的长度均为波长的6倍，主瓣角宽度为15°(指向性图案为图1右图)。
优选的，所述语音频谱倍频程中心频率为3kHz时，主瓣宽度角小于15°。
需要说明的是，上述各个频率处的线阵列声源长度值和主瓣角宽度值，依据声学手册中(2004年7月修订第二版、马大猷等著)线声源的指向性图案(见图1)得出。
优选的，还包括控制器，所述控制器与控制步进电机3-1电连接；所述控制器优选单片机。
优选的，所述无人机上还设有云台摄像机2，通过设置云台摄像机2，用于对不遵纪守法的被警示目标人员进行图像识别定位。
本发明一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达使用方法如下：无人机在飞控的控制下，H形双线阵列声源中轴线也对准了目标上空，在单片机控制下，由步进电机3-1迅速带动齿轮转动副转动，完成线阵列1kHz、2kHz和3kHz主瓣的空间扫描后，使两声柱的主瓣同时对准目标位置，二者进行同相位的声能量叠加，完成了声波的相长干涉，此时立即进行声警示播放，使得警示语音在目标处声压级最大，而四周声压级很低。
本发明实施例提供的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，具有以下有益效果：本发明，建立了线阵列干涉语音警示声雷达，在无人机进行语音警示过程中，通过H形双线阵列声源的双主瓣使声音在固定的相位差之下进行叠加，在目标周围建立相长干涉的干涉声场，即将空间均布的声能量集中到目标处，此时播放警示语音，则目标个体处声压级很高，达到如雷贯耳的效果，而非目标区的非目标个体只能听见模糊的低频声，而它对声级计的测量没有贡献，减少了噪声污染，也有针对性的仅对目标个体进行语音警示，管控科学、合理。
需要说明的是，本发明主要用途是在抗疫中搭载在无人机等空间移动平台上，还可用于警用、军用、安保和消防等场合的各种突发应急情况，如：完成抗疫、救灾和军事管控，以及各种体育赛事的安保现场执行警用抗疫勤务等。本发明可对不遵纪守法的被警示目标人员进行图像识别定位后，采用垂直线阵列定点定向语音警示，提醒被警示目标人员采取相关应急措施，如佩戴口罩或人群密集处的人员进行有序合理疏散等。
以上所述描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所述有这些改变或替换都应属于本发明所述附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，包括无人机和设在无人机搭载平台上的声雷达；其特征在于，所述声雷达包括：
H形双线阵列声源，所述H形双线阵列声源包括线阵列声源Ⅰ、线阵列声源Ⅱ和贯穿线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ进行连接的固定轴，所述固定轴一端通过轴承固定在无人机搭载平台上；
语音带通滤波器，所述语音带通滤波器均与线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ电连接；
步进电机，所述步进电机固接在无人机搭载平台上；
齿轮转动副，所述齿轮转动副包括固接在步进电机输出轴上的主动齿轮，与固定轴另一端固接的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮互相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，所述H形双线阵列声源通过语音带通滤波器进行语音信号滤波，获取语音倍频程高频分量，其倍频程中心频率为1kHz、2kHz和3kHz。
3.根据权利要求2所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，所述信号频率为1kHz、2kHz和3kHz的语音信号在各自频段内满足相干条件。
4.根据权利要求2所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，所述语音频谱倍频程中心频率为1kHz时，线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ的长度均为波长的3倍，主瓣角宽度为30°。
5.根据权利要求2所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，所述语音频谱倍频程中心频率为2kHz时，线阵列声源Ⅰ和线阵列声源Ⅱ的长度均为波长的6倍，主瓣角宽度为15°。
6.根据权利要求2所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，所述语音频谱倍频程中心频率为3kHz时，主瓣宽度角小于15°。
7.根据权利要求1所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，所述无人机上还设有云台摄像机。
8.根据权利要求1所述的一种抗疫中可无人机搭载的线阵列干涉语音警示声雷达，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与步进电机电连接。
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