CN116639281A - 一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，包括吊放装置、装置外壳、扩展装置、电源管理模块、控制模块、姿态感知装置、数据采集模块和无线通信装置；吊放装置连接于无人机与装置外壳之间，扩展装置、电源管理模块、控制模块、姿态感知装置和数据采集模块集成于装置外壳内，扩展装置包括扩展电机、传动装置和阵列连杆，阵列连杆上设置有多个麦克风传感器，且顶端与装置外壳的顶端活动连接；本发明通过吊放装置实现阵列的吊放，使阵列能够接近声源，且不受无人机的辐射声信号影响；通过开展装置实现阵列形状的可变，能够根据无人机相对期望声源的位置，改变阵列的形状，取得最佳的阵列拾音性能，大幅度提升无人机的拾音质量。

Description

一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列。

背景技术

无人机在执行自动目标搜索的时候，具有非常大的优势。视觉上的目标搜索已有十分广泛的应用，但在听觉上，一直是一个非常难的问题。

由于声信号在室外传播服从平方反比定律，距离每增加一倍，声信号的功率衰减6dB.若用无人机搜索地面的发声目标，由于无人机远离地面，地面目标的声信号达到无人机时十分微弱。另外，由于无人机自身产生的高功率声信号，会进一步降低无人机处观测信号的信噪比。传统的方法几乎无法进行有效的拾音。

在声平方反比定律的指导下，如果阵列离声源很近，离无人机噪声源很远。一方面，阵列观测信号中期望声源信号声功率会增加，另一方面，无人机的辐射声信号的影响会减弱。通过吊放阵列，可以实现一举两得的功效，有效解决的无人机拾音的难题。

在麦克风阵列拾取声音的过程中，阵列的拾音性能取决于很多因素，在无人机拾音这个场景下，取决于声源相对无人机的位置和阵列的几何结构。可变阵列形状的阵列能够根据无人机相对期望声源的位置，改变阵列的形状，取得最佳的阵列拾音性能。为吊放阵列提升拾音的质量提供了灵活的方式。

综上，现有的无人机存在无法有效拾音的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，以解决上述现有技术存在的问题，能够大幅度提升无人机的拾音质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，包括吊放装置、装置外壳、扩展装置、电源管理模块、控制模块、姿态感知装置、数据采集模块和无线通信装置；

所述吊放装置连接于无人机与装置外壳之间，用于实现阵列的下放、悬停和收回等操作；

所述扩展装置、电源管理模块、控制模块、姿态感知装置和数据采集模块集成于所述装置外壳内，所述扩展装置包括扩展电机、传动装置和阵列连杆，所述阵列连杆上设置有多个麦克风传感器，所述阵列连杆顶端与所述装置外壳的顶端活动连接，所述扩展电机通过所述传动装置控制所述阵列连杆的展开角度；

所述电源管理模块从电池中取电，用于为各个装置提供不同需求的电源电压；

所述控制模块用于控制各装置的工作状态；

所述姿态感知装置用于感知阵列的姿态和在物理空间中的坐标；

所述数据采集模块用于采集麦克风阵列观测到的信号并按要求完成处理；

所述无线通信装置用于阵列与上位机之间的数据传输。

优选地，所述吊放装置包括吊放电机和吊放线轮，所述吊放电机通过电机架固定于所述无人机上，所述吊放线轮通过线轮架固定于所述无人机上，所述轮轴缠绕有吊绳，所述吊绳的活动端连接所述装置外壳的顶端，通过所述吊放电机控制所述吊放线轮吊放阵列。

优选地，所述吊放电机的输出轴上设置有电机齿轮，所述吊放线轮的轮轴上设置有转向齿轮，所述电机齿轮与所述转向齿轮啮合实现动力传递。

优选地，所述阵列连杆设置有4个，4个所述阵列连杆在所述装置外壳的外周周向均布。

优选地，所述传动装置包括主动轮、3个丛动轮、传动皮带、4个蜗杆和4个蜗轮，所述扩展电机的动力输出端连接所述主动轮，所述主动轮通过传动皮带传动连接3个所述丛动轮，所述主动轮和3个所述丛动轮的顶部分别连接有一蜗杆，各个所述蜗杆对应连接一所述蜗轮，各所述蜗轮的蜗轮轴分别连接各所述阵列连杆的顶端。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，通过吊放装置实现阵列的吊放，使阵列能够接近声源，且不受无人机的辐射声信号的影响；通过开展装置实现阵列形状的可变，能够根据无人机相对期望声源的位置，改变阵列的形状，取得最佳的阵列拾音性能，大幅度提升无人机的拾音质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中阵形可变的无人机吊放麦克风阵列的结构示意图；

图2为本发明中传动装置的结构示意图；

图中：1-无人机、2-吊放装置、3-装置外壳、4-扩展装置、5-电源管理模块、6-控制模块、7-姿态感知装置、8-数据采集模块、9-无线通讯装置、10-扩展电机、11-主动轮、12-丛动轮、13-传动皮带、14-蜗杆、15-蜗轮、16-阵列连杆、17-麦克风传感器。

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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明的目的是提供一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，如图1-图2所示，包括吊放装置2、装置外壳3、扩展装置4、电源管理模块5、控制模块6、姿态感知装置7、数据采集模块8和无线通信装置9；

吊放装置2连接于无人机1与装置外壳3之间，用于实现阵列的下放、悬停和收回等操作；

扩展装置4、电源管理模块5、控制模块6、姿态感知装置7和数据采集模块8集成于装置外壳3内，扩展装置4包括扩展电机9、传动装置和阵列连杆16，阵列连杆16上设置有多个麦克风传感器17，阵列连杆16顶端与装置外壳3的顶端活动连接，扩展电机9通过传动装置控制阵列连杆16的展开角度；

电源管理模块5从电池中取电，用于为各个装置提供不同需求的电源电压；

控制模块6用于控制各装置的工作状态，控制吊放装置2使阵列下放、悬停、收回，控制扩展装置4展开成什么样的阵形，控制数据采集装置是否开始采集。

姿态感知装置7用于感知阵列的姿态和在物理空间中的坐标；姿态感知装置7是现有设备，能够通过串口输出阵列相对地磁北方的角度，包括方位角、俯仰角和横滚角；

数据采集模块8用于采集麦克风阵列观测到的信号并按要求完成处理；

无线通信装置9用于阵列与上位机之间的数据传输。

于本具体实施例中，吊放装置2包括吊放电机和吊放线轮，吊放电机通过电机架固定于无人机1上，吊放线轮通过线轮架固定于无人机1上，轮轴缠绕有吊绳，吊绳的活动端连接装置外壳3的顶端，通过吊放电机控制吊放线轮吊放阵列。吊放电机的输出轴上设置有电机齿轮，吊放线轮的轮轴上设置有转向齿轮，电机齿轮与转向齿轮啮合实现动力传递；使用时，通过控制模块6控制吊放电机，实现吊绳的收放姿态调整。

于本具体实施例中，阵列连杆16设置有4个，4个阵列连杆16在装置外壳3的外周周向均布，在装置外壳3上设置有竖向的收纳槽，非展开状态下，阵列连杆16收纳于收纳槽内。

于本具体实施例中，传动装置包括主动轮11、3个丛动轮12、传动皮带13、4个蜗杆14和4个蜗轮15，扩展电机10的动力输出端连接主动轮11，主动轮11通过传动皮带13传动连接3个丛动轮12，主动轮11和3个丛动轮12的顶部分别连接有一蜗杆14，各个蜗杆14对应连接一蜗轮15，各蜗轮15的蜗轮轴分别连接各阵列连杆16的顶端；工作时，扩展电机10转动带动主动轮11转动，主动轮11转动通过传动皮带13将动力传递给3个丛动轮12，主动轮11和丛动轮12转动使其上的蜗杆14联动，蜗杆14竖向设置，使与之配合的蜗轮15转动，蜗轮15转动带动蜗轮轴转动，进而带动阵列连杆16以蜗轮轴为圆心能够转动，进而实现阵列连杆16的收展。

本发明中的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，工作过程如下：

1、无人机1起飞，飞到一定30米左右的高度，通过电台之间无线通信的方式，接通吊放阵列，准备执行阵列下放任务。

2、上位机软件给出“阵列下放”指令，吊放阵列通过吊放电机带动线轮转动，实现阵列的下放；下放到20米左右高度时，上位机软件给出“阵列悬停”指令，阵列停止下放，准备开始执行阵列扩展任务。

3、上位机软件给出“阵列扩展”指令，并给出初始扩展角度，吊放阵列通过电机带动齿轮，齿轮带动阵列连杆16，连杆展开到给定的角度，由连杆上的多个麦克风传感器17，构成特殊几何形状的阵列。阵列准备就绪，准备开始拾取声音。

4、上位机软件给出“阵列拾音”指令，吊放阵列开始拾音，并完成信号的初步分析，将声音信号和姿态信号同步传回上位机电脑，电脑完成数据的分析，实时给出最优的阵列连杆16展开角度，并给用户端提供声源定位、声源类型等有用信息。

5、吊放阵列根据上位机电脑传回的最佳阵列形状参数，调整阵列的参数，并持续向上位机电脑传输信号，以便完成分析。

6、上位机软件检测到吊放阵列电量不够时，提示用户收回阵列。用户通过上位机软件给出阵列收回指令，阵列首先收回扩展连杆，然后通过内置线轮收回无人机。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，其特征在于：包括吊放装置、装置外壳、扩展装置、电源管理模块、控制模块、姿态感知装置、数据采集模块和无线通信装置；

所述吊放装置连接于无人机与装置外壳之间，用于实现阵列的下放、悬停和收回等操作；

所述扩展装置、电源管理模块、控制模块、姿态感知装置和数据采集模块集成于所述装置外壳内，所述扩展装置包括扩展电机、传动装置和阵列连杆，所述阵列连杆上设置有多个麦克风传感器，所述阵列连杆顶端与所述装置外壳的顶端活动连接，所述扩展电机通过所述传动装置控制所述阵列连杆的展开角度；

所述电源管理模块从电池中取电，用于为各个装置提供不同需求的电源电压；

所述控制模块用于控制各装置的工作状态；

所述姿态感知装置用于感知阵列的姿态和在物理空间中的坐标；

所述数据采集模块用于采集麦克风阵列观测到的信号并按要求完成处理；

所述无线通信装置用于阵列与上位机之间的数据传输。

2.根据权利要求1所述的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，其特征在于：所述吊放装置包括吊放电机和吊放线轮，所述吊放电机通过电机架固定于所述无人机上，所述吊放线轮通过线轮架固定于所述无人机上，所述轮轴缠绕有吊绳，所述吊绳的活动端连接所述装置外壳的顶端，通过所述吊放电机控制所述吊放线轮吊放阵列。

3.根据权利要求2所述的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，其特征在于：所述吊放电机的输出轴上设置有电机齿轮，所述吊放线轮的轮轴上设置有转向齿轮，所述电机齿轮与所述转向齿轮啮合实现动力传递。

4.根据权利要求1所述的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，其特征在于：所述阵列连杆设置有4个，4个所述阵列连杆在所述装置外壳的外周周向均布。

5.根据权利要求4所述的阵形可变的无人机吊放麦克风阵列，其特征在于：所述传动装置包括主动轮、3个丛动轮、传动皮带、4个蜗杆和4个蜗轮，所述扩展电机的动力输出端连接所述主动轮，所述主动轮通过传动皮带传动连接3个所述丛动轮，所述主动轮和3个所述丛动轮的顶部分别连接有一蜗杆，各个所述蜗杆对应连接一所述蜗轮，各所述蜗轮的蜗轮轴分别连接各所述阵列连杆的顶端。