[發明專利]基于大耳蝠雙耳廓仿生聲吶的目標定位裝置及方法

有效

• 申請號: 201811543317.4
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109581385B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 馬昕;張森;盧紅旺
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S7/527;G01S7/536
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了基于大耳蝠雙耳廓仿生聲吶的目標定位裝置及方法，基于蝙蝠仿生耳的回聲定位裝置，使用兩個陣元獲取的回聲就能確定到目標的方位角和俯仰角，定位到目標所在的空間位置，解決了使用雙陣元天線無法定位到空間坐標的問題。本發明所述的基于蝙蝠仿生耳的定位方法，根據蝙蝠耳的濾波特性，使用了神經網絡估計空間位置的方法，并且使用了脈沖串估計方法減小了估計角度的誤差，得到了精確的方位角和俯仰角。

技術領域

本公開涉及目標定位領域，特別是涉及基于大耳蝠雙耳廓仿生聲吶的目標定位裝置及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提高了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

在天線的陣列信號處理中，如果想利用天線對某一物體進行準確的定位，將天線的位置作為原點，仰角、方位角、距離這三個分量缺一不可。使用發射的信號與回波信號的時間差可以確定距離，利用時延估計或多重信號分類(MUSIC)等算法能夠計算出方位角的變化，但是仰角方向上的算法卻有待研究。

蝙蝠聲吶可以使蝙蝠在黑暗和復雜的環境下擁有靈活的運動能力，蝙蝠有許多種類，它們的耳朵和鼻葉各不相同，能夠讓蝙蝠獲得空間中物體的位置信息。作為蝙蝠信號發射部位的鼻葉和接受回聲的耳廓經過長期進化，形成了與聲吶系統相適應的外在復雜結構，蝙蝠的外耳能夠等效為一個聲學天線，僅通過兩個外耳的聲音反射就可以對聲場的波束進行調節。

對于蝙蝠的定位特性的研究，很多國家的研究者都對此進行了大量嘗試。當今基于聲波定位技術在工程技術的應用上取得了較大的進步，很多研究表明，使用類似于蝙蝠發出的寬帶聲信號能夠識別物體的空間信息。Yamada Y等人研究了能夠使用類似蝙蝠頭的裝置來檢測空間中某些位置的信息，并且實現避障功能。R Müller等人模仿馬鐵菊頭蝠的耳廓的動態形變設計了仿生智能耳。Dieter Vanderelst等人根據他們統計的聲音數據提取的特征，將一些自然物體分類，實現了場景識別功能。Itamar Eliakim設計了一個使用陣列麥克風回聲定位原理的小車，能夠自動收集地圖信息。然而以上很多研究實驗只是應用了雙耳時延法估計方位角角度和超聲測距原理估算目標距離。對于單只蝙蝠耳的結構對目標方位的準確判斷卻沒有很多的研究，蝙蝠耳接收到的回波所包含的復雜信息也沒有被充分運用。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了基于大耳蝠雙耳廓仿生聲吶的目標定位裝置及方法；

第一方面，本公開提供了基于大耳蝠雙耳廓仿生聲吶的目標定位裝置；

基于大耳蝠雙耳廓仿生聲吶的目標定位裝置，包括：超聲發生器，所述超聲發生器向待測物體發射超聲信號；超聲信號經過待測物體反射后被安裝在兩個仿大耳蝠耳廓內側底部的兩個超聲接收器接收；兩個超聲接收器接收后，將接收的信號送入信號采集器；信號采集器將采集的兩個麥克風的信號由模擬信號轉為數字信號后送入信號處理器；信號處理器對接收的數字信號通過短時傅里葉變換進行信號能量特征提取，將能量特征輸入到訓練好的神經網絡中，識別待測物體的方位角和俯仰角。

所述仿大耳蝠耳廓，包括左仿生耳廓和右仿生耳廓；是對真實大耳蝠的左右兩個耳廓分別進行三維掃描，獲得大耳蝠耳廓的三維數據；然后通過3D打印機打印獲得；打印尺寸為真實大耳蝠耳廓尺寸的n倍，超聲信號的發射頻率為真實蝙蝠頻率的

所述仿大耳蝠耳廓，前傾設定角度固定在旋轉平臺上，所述旋轉平臺通過步進電機的控制進行旋轉；所述步進電機通過控制器控制。

發射超聲信號為線性調頻信號脈沖串，通過改變待測物體相對超聲接收器的高度和方位，來實現對待測物體相對超聲接收器的方位角和俯仰角的采集。

所述超聲發射器為超聲喇叭，所述超聲喇叭的型號包括但不限于Avisoft公司生產的ultra sound gate。