一种基于无人机平台的声源定位系统

1.本发明涉及无人机搜救技术领域，具体是一种基于无人机平台的声源定位系统。


背景技术：

2.目前利用多个声音采集单元，利用多个声音采集单元对统一声源采集声音的时延结合麦克风的分布位置，即可判断声源的大概位置，将声源定位应用于救援时，可以将图像、声音结合，利用无人机的高位图像采集，获取更加全面的图像信息，利用声援定位快速寻找目标方位区，提高救援效率；
3.但是应用于山地、密林情况下，存在一定问题：
4.由于山地、密林受到树的影响，声音穿过树木、树叶时，又受到受到树叶密度影响，对声音的反射、投射和吸收，使声能减小，此时声能的传递距离缩短，同时受到树木的影响，使无人机本身的飞行高度就需要高于树木，此时获得基础间距，而在基础间距的基础上，如果无人机紧贴树冠上方飞行，此时无人机的图像采集区域过小，因此无人机的飞行高度应对于密林、山地时，需要在基础间距的前提下，进一步提升间距高度，使采集区域面积增加，但是此时带来的影响导致无人机高度过高，此时声源通过树木影响声音降低，同时由于坡面，飞行器为了保证图像采集范围的稳定性，因此飞行器会与坡面接近平行飞行，此时无人机大概率出现与声源区域完全错过的情况，使声音采集装置无法进入声源采集区，耽误最佳救援时机；
5.由于密林对视线的影响，此时无人机在密林上方获取声援方位信息后，由于图像采集受到遮挡作用，无法准确识别，而此时贸然开入丛林，容易使无人机受到树枝的影响，导致无人机出现损害，使救援出现暂停情况，如果无法获取密林下方信息，也无法判断声源是否为待救援人员，而声源识别主要通过声源频率，因此存在误差，此时如果派遣救援发现非待救援人员，进一步的延误了救援时机。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于无人机平台的声源定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种基于无人机平台的声源定位系统，包括飞行器、封闭仓，还包括主图像采集模块、降噪模块、抗惯性阻尼释放模块、声音采集模块、收集控制模块、微图像采集模块；
9.所述主图像采集模块固定连接在所述封闭仓的下方，依据所述声音采集模块的六个环形分布的声音采集单元采集的声音时延获取声源方位，所述主图像采集模块依据声源方位调节图像采集方位；
10.所述抗惯性阻尼释放模块设置在所述封闭仓的内部，用于调节所述主图像采集模块与所述声音采集模块的间距，提高密林区声音采集精度；
11.所述收集控制模块设置在所述抗惯性阻尼释放模块与所述声音采集模块之间，用
于将所述声音采集单元集束穿过密林后张开，进一步提高密林区声音采集精度，同时所述微图像采集模块依据所述声音采集单元采集的声音时延获取声源方位，采集密林下声源方位的图像信息，获取准确位置。
12.作为本发明再进一步的方案：所述降噪模块的底部固定连接有主降噪单元，六个所述声音采集单元均位于所述主降噪单元的内部，延伸杆的端部均固定连接有副降噪单元，所述声音采集单元安装在所述副降噪单元的内部。
13.作为本发明再进一步的方案：所述抗惯性阻尼释放模块包括收卷单元、牵引模块，所述牵引模块收卷在所述收卷单元的外部，所述牵引模块包括若干个交错分布的主链板、副链板，所述主链板与所述副链板之间首尾转动连接，所述主链板、所述副链板之间通过正反转扭簧弹性转动连接，所述正反转扭簧静态下所述主链板、所述副链板垂直共线。
14.作为本发明再进一步的方案：所述收集控制模块包括主仓、收拢单元、升降单元、所述延伸杆，所述延伸杆均转动连接在所述主仓的底部，所述延伸杆与所述主仓之间设置有扭簧转动机构，所述主仓的底部中间位置固定连接有微图像采集模块，所述扭簧转动机构静态下，所述副降噪单元位于所述微图像采集模块的上方。
15.作为本发明再进一步的方案：所述收拢单元滑动连接在所述主仓的外部，所述升降单元驱动所述收拢单元滑动，所述收拢单元的底部为扩口结构，所述收拢单元的内壁与所述延伸杆相接触。
16.作为本发明再进一步的方案：所述封闭仓与所述主降噪单元之间通过管道相连通，所述收拢单元的扩口外径大于所述封闭仓与所述主降噪单元之间的管道内径。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明利用抗惯性阻尼释放模块将声音采集模块与主图像采集模块分离并行，结合时延定位，实现高位采集，低位采声的定位方式，利用采声机构的贴冠飞行降低密林对声能降低的影响，应用于山地、密林搜救时的声音采集质量差，低位飞行图像采集区域过小的区域提高搜救精度与搜救质量，同时利用收集控制模块配合微图像采集模块，进一步结合时延定位，实现飞行器安全性的基础上，可以深入密林下方进一步采集声音并且判断方位后实现密林下图像采集，避免了密林对图像的影响以及声能的影响，在主图像采集模块采集的定位区图像被密林覆盖时，进行二次采集，从而使救援时可以更加精确。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为一种基于无人机平台的声源定位系统坡面搜寻示意图；
21.图2为一种基于无人机平台的声源定位系统密林深入搜寻示意图；
22.图3为一种基于无人机平台的声源定位系统的不同模式下的模块配合示意图；
23.图4为一种基于无人机平台的声源定位系统的飞行器安装后的立体示意图；
24.图5为一种基于无人机平台的声源定位系统的飞行器安装后的主视示意图；
25.图6为一种基于无人机平台的声源定位系统的飞行器安装后的侧视剖面示意图；
26.图中：100、飞行器；200、封闭仓；1、主图像采集模块；2、降噪模块；21、主降噪单元；22、副降噪单元；3、抗惯性阻尼释放模块；31、收卷单元；32、牵引模块；321、主链板；322、副链板；4、声音采集模块；41、声音采集单元；5、收集控制模块；51、主仓；52、收拢单元；53、升降单元；54、延伸杆；541、扭簧转动机构；6、微图像采集模块。
具体实施方式
27.图1到图6，本发明的组成
28.包括飞行器100、封闭仓200，还包括主图像采集模块1、降噪模块2、抗惯性阻尼释放模块3、声音采集模块4、收集控制模块5、微图像采集模块6；
29.封闭仓200固定在飞行器100的下方，主要目的为了使后续的安装结构可以收容在一个相对封闭的空间内，对飞行状态下的模块进行保护；
30.主图像采集模块1安装在飞行器100的下方，由于封闭仓200的存在，导致主图像采集模块1如果安装在封闭仓200的正下方，会对一些结构造成干涉，如果主图像采集模块1安装在封闭仓200的侧面，此时导致水平方向后方一半的区域被封闭仓200阻挡，在对主图像采集模块1进行解决时，可以在封闭仓200的外部设置公转滑轨，使主图像采集模块1可以沿着圆形的公转滑轨以封闭仓200中心为圆心转动，从而实现主图像采集模块1的变向图像采集，主图像采集模块1主要为了在飞行器100的飞行高度下，对下方图像进行采集，从而提高图像采集区域，提高搜救效率；
31.由于飞行器100在行驶过程中会出现风噪、螺旋桨噪音等，因此通过降噪模块2对主图像采集模块1的噪音进行机械阻隔，减少飞行时产生的风噪以及螺旋桨噪音；
32.声音采集模块4安装在降噪模块2的内部，降噪模块2位于封闭仓200的下方，此时声音采集模块4可以受到封闭仓200的保护作用，降低部分噪音，同时声音采集模块4的采集的声音采用基于傅里叶变换的频率滤波音频降噪算法，通过fft使含噪时域波形转换为含噪频谱，去除频率成分较高的噪声信号，留下频率成分相对较低的呼救信号，然后通过逆傅里叶变换ifft就可以得到去除噪声信号后的呼救声信号；
33.主图像采集模块1固定连接在封闭仓200的下方，依据声音采集模块4的六个环形分布的声音采集单元41采集的声音时延获取声源方位，主图像采集模块1依据声源方位调节图像采集方位；
34.而声音采集模块4具有六个声音采集单元41，由于同一个声源传到位置不同的麦克风时会产生时间差，时延与声速相乘可得到时程差，从而获取声源的大概方位，此时的声源大概方位应用在高位的主图像采集模块1获取的图像信息内，由于主图像采集模块1的覆盖面积广阔，此时声源方位的细小误差很难偏移主图像采集模块1的图像覆盖区域，从而应用于开放区域，可以快速寻找到目标点位；
35.抗惯性阻尼释放模块3设置在封闭仓200的内部，用于调节主图像采集模块1与声音采集模块4的间距，提高密林区声音采集精度；
36.抗惯性阻尼释放模块3的设置就是为了满足飞行器100的高飞状态下，满足主图像采集模块1的图像采集区域需求的同时，将声音采集模块4的高度进行下降，使主图像采集模块1与声音采集模块4之间产生位置差，产生位置差的目的有两个，第一个可以降低持续性噪音对声音采集的影响，此时飞行器100的螺旋桨与声音采集模块4之间具有一定距离，
噪音传递时的声能递减作用，使持续性噪音对声音采集单元41的采集效果影响降低，同时由于声音采集模块4不需要考虑图像区域，因此声音采集模块4越靠近声源越好，此时的声音采集模块4则可以贴近树冠上方随着无人机飞行，此时声音采集模块4距离声源在满足飞行的状态下，距离最近，更加容易采集到声能更小的呼救声，提高声音采集精度，但是由于飞行时，容易受到惯性影响，因此需要克服惯性，避免飞行悬停后，声音采集模块4出现摆动情况；
37.收集控制模块5设置在抗惯性阻尼释放模块3与声音采集模块4之间，用于将声音采集单元41集束穿过密林后张开，进一步提高密林区声音采集精度，同时微图像采集模块6依据声音采集单元41采集的声音时延获取声源方位，采集密林下声源方位的图像信息，获取准确位置；
38.收集控制模块5则为了对声音采集单元41起到收拢、集束、张开的目的，使声音采集单元41在飞行器100的下方正常飞行时，声音采集单元41可以集束在主降噪单元21的内部，通过主降噪单元21对噪音进行处理，此时的时延计算时，由于声音采集单元41的间距发生变化，因此以收拢参数计算，同时针对出现声源方位下的图像被密林覆盖的状态下，则通过收集控制模块5将声音采集模块4调整为集束状态，使多个延伸杆54接近垂直，此时声音采集单元41的间距进一步缩小，使声音采集模块4形成近似圆柱式的结构设计，此时通过抗惯性阻尼释放模块3对声音采集模块4向下释放，集束后的声音采集模块4更加不容易与树枝产生干涉，使声音采集模块4更加方便进入密林下方，在声音采集模块4进入密林下方后，通过收集控制模块5将声音采集单元41张开，张开后的微图像采集模块6不会受到延伸杆54、声音采集单元41的干涉作用，从而使微图像采集模块6的图像采集范围受到的干涉影响更小，通过声音采集模块4进行下降时，由于声音采集模块4不具有频繁、高速运动的结构，此时更加不容易将大量的动能施加在树枝上，从而保证飞行器100安全的基础上，可以获取更加全面的图像信息，甚至救援者更加细节的区域环境，为救援提供参考。
39.降噪模块2的底部固定连接有主降噪单元21，六个声音采集单元41均位于主降噪单元21的内部，延伸杆54的端部均固定连接有副降噪单元22，声音采集单元41安装在副降噪单元22的内部；
40.主降噪单元21、副降噪单元22均为漏斗型,为了进一步提高噪音消除效果，因此在主降噪单元21、副降噪单元22的外部设置防风套，主降噪单元21、副降噪单元22的内部设置吸音棉的配合，进一步消除噪音；
41.抗惯性阻尼释放模块3包括收卷单元31、牵引模块32，牵引模块32收卷在收卷单元31的外部，牵引模块32包括若干个交错分布的主链板321、副链板322，主链板321与副链板322之间首尾转动连接，主链板321、副链板322之间通过正反转扭簧弹性转动连接，正反转扭簧静态下主链板321、副链板322垂直共线；
42.收卷单元31采用刹车电机配合滚筒的结构，使滚筒对牵引模块32进行收卷，牵引模块32为了克服前进状态以及前进停止切换状态下的惯性影响，牵引模块32采用主链板321、副链板322交错铰接的方式，由于主链板321、副链板322采用孔销配合铰接，此时主链板321、副链板322只能实现相对方向的滑动，例如前后方向、左右方向，该方式的好处在于当行驶方向在非主链板321、副链板322铰接方向运动时，可以通过主链板321、副链板322自身的机械配合抵抗惯性，而当飞行方向与主链板321、副链板322的铰接方向一致时，此时行
驶、停止产生的惯性影响会施加在正反转扭簧上，从而通过扭簧形变进行吸能，使惯性产生的能量损耗加快，提高声音采集模块4的平衡速度，同时为了进一步保证稳定性，还可以采用单向转动，在主链板321、副链板322的其中一个连接方向设置锁止块，使主链板321、副链板322只能沿收卷弯曲方向转动，此时配合单向扭簧，使惯性能量损耗更加快速；
43.收集控制模块5包括主仓51、收拢单元52、升降单元53、延伸杆54，延伸杆54均转动连接在主仓51的底部，延伸杆54与主仓51之间设置有扭簧转动机构541，主仓51的底部中间位置固定连接有微图像采集模块6，扭簧转动机构541静态下，副降噪单元22位于微图像采集模块6的上方，收拢单元52滑动连接在主仓51的外部，升降单元53驱动收拢单元52滑动，收拢单元52的底部为扩口结构，收拢单元52的内壁与延伸杆54相接触；
44.主仓51主要起到载体作用，牵引模块32的末端固定连接在主仓51的顶部，此时延伸杆54转动在主仓51的底部，此时延伸杆54分别向四周展开，此时扭簧转动机构541为静止状态只单纯的克服重力影响，但是当升降单元53推动收拢单元52下降时，收拢单元52的底端直径大于顶端直径，此时收拢单元52下降时，斜面与延伸杆54接触，使延伸杆54受到收拢单元52的推力以及直径缩小影响，使延伸杆54安装有声音采集单元41的一端聚拢，直至收拢单元52的最小直径与延伸杆54接触，此时延伸杆54接近垂直，从而实现对延伸杆54的集束目的，而当收卷单元31带动牵引模块32下降时，此时集束后的声音采集模块4穿过密林，更加方便的进入树冠下方，此时在通过延伸杆54开启，将微图像采集模块6露出，此时副降噪单元22位于微图像采集模块6的上方，从而避免微图像采集模块6的采集图像受到干涉影响，为了使微图像采集模块6受到副降噪单元22的影响更小，因此微图像采集模块6通过竖杆将高度向下方延伸，从而使张开后的延伸杆54对微图像采集模块6的影响进一步的降低；
45.封闭仓200与主降噪单元21之间通过管道相连通，收拢单元52的扩口外径大于封闭仓200与主降噪单元21之间的管道内径；
46.为了避免飞行时，声音采集模块4出现晃动情况，因此在收卷单元31的刹车电机将牵引模块32向上拉伸时，此时收拢单元52的扩口端会进入封闭仓200与主降噪单元21之间的管道内部，使声音采集模块4无法向上运动，同时向下运动时，收卷单元31抱死，从而实现声音采集模块4的固定。
47.本发明的使用流程
48.因对于山地、密林地区，飞行器100的飞行高度为基础高度加上最佳图像覆盖高度进行飞行，此时位于飞行器100上方的主图像采集模块1可以采集最佳范围内的图像信息，通过主降噪单元21、副降噪单元22协同配合降噪，时延方位计算的参数以声音采集单元41的收拢间距为基础，计算声源方位，当密林覆盖率过大，影响地表图像采集时，启动坡面分离模式；
49.坡面分离模式下，飞行器100以平行于坡面的形式飞行，从而使主图像采集模块1的图像采集覆盖区域变化量缩小，此时通过收卷单元31对牵引模块32释放，使收集控制模块5携带声音采集模块4以收拢状态下向下方运动，声音采集模块4从主降噪单元21内滑出，通过牵引模块32的悬挂作用，使声音采集模块4位于树冠上方与飞行器100协同运动，此时声音采集模块4更加靠近于地表区域，采集的音源信息精度更高，同时声音采集模块4远离了飞行器100，减少了持续性噪音的干扰，通过收拢单元52对声音采集单元41进行降噪，同时应对声能降低的情况下，提高在山地、密林处的声源采集质量；
50.密林深入模块下，当主图像采集模块1的采集图像中，声源方位密林覆盖率过高时，此时通过收卷单元31将声音采集模块4的高度进行下降，同时通过升降单元53推动收拢单元52下降，使收拢单元52对延伸杆54进行集束，升降单元53采用电动推杆，声音采集模块4集束后，无人机根据地形，选择最适宜的深入位置，停靠在深入位置的上方，通过收卷单元31继续释放，使声音采集模块4深入密林的下方，此时通过升降单元53带动收拢单元52上升，扭簧转动机构541复位，带动延伸杆54张开，此时计算的时延方位则以延伸杆54张开后的间距为基础参数进行计算，此时副降噪单元22向上方转动，此时位于中心的微图像采集模块6露出，由于一般受伤人员大部分位于地面，因此微图像采集模块6的上方图像无法采集影响不大，只需要采集树冠下方的具体情况即可，通过时延的二次计算，调整微图像采集模块6的采集方位，判断待救援人员的准确位置，提供更加详细的所处环境信息，为救援人员提供救援参考。
51.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。