[發明專利]一種聲探測與定位系統

有效

• 申請號: 201611126986.2
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106597450B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 祁志美;程進;高然;逯丹鳳
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S7/523;G01S7/534
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供了一種聲探測與定位系統，包括：聲傳感器陣列以及聲波導管陣列，其中，聲傳感器陣列包括N個聲傳感單元，其中N≥2；聲波導管陣列包括M根聲波導管，其中M≥2，每根聲波導管呈兩端開口并連通的圓管狀，其一端連接相應的聲傳感單元，另一端置于空氣中；空氣中傳播的聲信號進入聲波導管陣列的聲波導管后被聲傳感器陣列的聲傳感單元接收。本發明聲探測與定位系統體積小，重量輕，便于攜帶，聲傳感器陣列結構緊湊，外界環境對各個聲傳感單元影響的差異性小，系統的測量準確度高。

技術領域

本發明涉及聲傳感技術領域，尤其涉及一種基于聲波導管陣列的聲探測與定位系統。

背景技術

聲探測與定位技術涉及聲學、電子學、傳感器技術、信號處理技術、計算機算法等多個學科和多種技術，是一種典型的多學科高度交叉融合的技術。聲探測與定位技術在環境、醫療、工業、交通、軍事等多個領域具有重要應用，已經獲得國內外高度重視和廣泛研究。

聲探測與定位技術分為主動式和被動式兩種類型，常見的超聲波無損檢測以及醫院普及的超聲波成像診斷屬于主動式聲探測定位技術，被動式聲探測與定位技術應用范圍更廣，包括：環境噪聲監測、智能機器人聽覺、激光加工過程監測、旋轉機械運行狀態檢測、地下管道泄漏探測、直升機/無人機/火炮/子彈等低小慢目標的探測與跟蹤。現有的被動式聲探測與定位裝置絕大多數是一個支架式聲傳感器陣列，它是由多個分立的聲傳感單元按照一定的空間排布固定在特制的剛性支架上構成的。由于各個聲傳感器所處的空間位置不同，同一個聲源發出的聲波到達每個聲傳感器的時間和強度不同，因此各個聲傳感器探測到的聲波信號具有強度差和相位差。基于這些差異，結合復雜的信號處理算法就能夠實現聲源定位。相鄰聲傳感器產生的強度差和相位差越大，聲源定位精度就越高。

為了提高定位精度，一方面需要包含較多的聲傳感單元，另一方面需要相鄰聲傳感單元的間距較大，從而使得這種支架式聲探測與定位裝置尺寸大、線纜多、重量大、不便于攜帶、不適合小型化、使用時需要固定在一個制高點進行聲探測定位或需要車載進行移動式探測。

這種支架式聲探測與定位裝置的另一個缺點是聲傳感器陣列中處于不同的空間位置的聲傳感器受到的環境條件如溫度、濕度、氣壓、風速、風向等可能不同，因此，不同聲傳感器的輸出信號所包含的環境影響因素可能不同，這種環境干擾難以消除，將直接影響裝置的定位精度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種基于聲波導管陣列的聲探測與定位系統，以克服現有支架式聲探測與定位裝置體積大、重量大、不便于攜帶、不適合小型化、定位精度易受環境影響等缺點。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種聲探測與定位系統，包括：聲傳感器陣列以及聲波導管陣列，其中，聲傳感器陣列包括N個聲傳感單元，其中N≥2；聲波導管陣列包括M根聲波導管，其中M≥2，每根聲波導管呈兩端開口并連通的圓管狀，其一端連接相應的聲傳感單元，另一端置于空氣中；空氣中傳播的聲信號進入聲波導管陣列的聲波導管后被聲傳感器陣列的聲傳感單元接收。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明的聲探測與定位系統至少具有以下有益效果其中之一：

(1)與現有的支架式聲探測與定位裝置相比，本發明采用結構緊湊的聲傳感器陣列，聲傳感器陣列中的各聲傳感單元彼此相距很近，結合聲波導管陣列，所需信號傳輸線少，能夠實現聲探測與定位系統的小型化，容許制成輕量化的聲探測與定位系統，適合于微型無人機載平臺和單兵攜帶，使用起來更加靈活，應用范圍廣；

(2)與現有的支架式聲探測與定位裝置相比，本發明中的聲傳感器陣列結構緊湊，使得各聲傳感單元所處環境基本相同，從而有效抑制了各聲傳感單元所受環境影響的差異性，提高了系統的聲定位精度；