基于声纹识别的旋翼飞行器检测系统
四旋翼自主飞行器探测跟踪系统
四旋翼自主飞行器探测跟踪系统作者：买彩凤来源：《科学与财富》2018年第09期摘要：以四旋翼自主飞行器为基础，基于视觉的目标识别与跟踪问题，完成了系统设计、识别跟踪算法设计和实验验证这一整套流程。
飞行器通过电子调速器控制来驱动飞行器的四个直流电机，利用三轴角速度传感器与三轴加速度传感器集成的MPU6050芯片以及姿态解算实现飞机平稳上升，利用超声波测取当前高度达到目标高度并完成悬停要求。
通过遥控器来发射信号，当遥控小车的接收模块接收到信息并将其传递给STM32单片机，再根据内部程序输出PWM波，电机驱动接收PWM波后将顺利完成四个基本动作：前进、后退、左转、右转；采用摄像头传感器追踪目标车的颜色，以此达到飞行器探测追踪要求。
关键词：四旋翼；瑞萨单片机；OV7670摄像头；PID算法；一、系统方案本系统主要由控制系统模块、电机驱动模块、飞行姿态检测模块、超声波测距模块、摄像头模块、电源模块组成。
本设计以瑞萨（Renesas）单片机RX23T作为主控芯片为其控制系统模块。
此控制器是一款功能强大的处理器，且运算速度快，非常适用于处理较复杂的任务。
利用其单片机输出PWM波通过电子调速器来驱动四个直流电机构成电机驱动模块。
利用3轴MEMS陀螺仪传感器，3轴MEMS加速度计传感器以及气压计传感器集成的芯片和STM32F103芯片作为飞行姿态检测模块，通过三个16位的ADC将其测量到的模拟量转化为输出且能够被单片机直接处理的数字量，从而减轻单片机的工作量。
利用超声波的反射特性来测距离从而控制飞行器的高度来构成超声波测距模块。
利用摄像头采集图像通过腐蚀算法处理采集到信息找到目标信号构成其摄像头模块。
1、控制系统模块器件的论证与选择主控模块的选择：主控模块作为整个控制系统的核心，其处理器的选型显得尤为重要。
在本系统中，对处理器的选型需要考虑一下几点：（1）处理器必须具有足够运算能力，能实时的对飞行器的姿态进行修正；（2）在姿态解算过程中需要处理器进行大量的浮点运算。
基于四旋翼飞行器的环境参数监测系统
国威运城学院近年来，国内的经济水平和生产制造能力迅速提高。
随之而来的废物排放问题不得不让人们警惕。
对环境进行实时测量评估是防止环境污染的关键,也是环境污染治理的前提，但是国内对于环境监测的技术手段还不完善。
目前主要使用地面观测站和环境监测卫星2种方式进行环境监测，对于很多特殊情况的环境监测，这2种方式并不能很好地完成测量任务。
地面观测站是固定式测量，测量范围有限，环境监测卫星也因为成本问题很难做到大规模普及，将四旋翼飞行器用于环境监测可很好地解决这些问题。
基于四旋翼飞行器的环境监测系统旨在解决现有环境监测方法的不足。
它可完成对指定地点的环境参数测量，并且将测量的参数通过无线数据传输模块发送至计算机，显示在上位机软件上，数据实时性更强。
另外，在面对突发的有害物质泄漏时，有更强的应用性，对于当前国内的环境情况，该系统有很大的应用前景。
背景分析气态和颗粒状的污染物是造成空气恶化的元凶，气态污染物包括：部分碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化物以及VOC 气体等。
其中，VOC 是一类有害气体的通用名称，如烷烃、乙炔等。
颗粒主要分为2种类型：可吸入颗粒PM10是粒径小于10μm 的细颗粒，PM2.5是直径小于2.5μm 的细颗粒，PM2.5的直径小、质量轻，与PM10相比更容易传播，可对人体健康构成严重威胁。
环境中的空气温湿度也是气象观测中的重要参数，同时为了精确测量置我们还需要对四旋翼飞行器的高度位置和GPS 数据进行测量。
方案设计系统方案分四旋翼飞行器环境监测部分和地面站接收部分。
四旋翼飞行器环境监测部分由环境测量传感器、高度传感器、GPS 模块、单片机、无线通信模块和地面站遥控器接收机等组成，各个传感器、无线通信模块、GPS 模块依照通信接口协议与单片机连接，地面站遥控器接收机与单片机输入输出捕获I/O 口相连。
地面站接收部分由无线通信模块、串口模块、计算机平台和上位机软件组成，无线通信模块与串口模块连接后接入计算机平台，数据通过计算机端口传给上位机软件。
超音速飞行体的“声指纹”识别技术研究
对于 不 同类 型 的飞 行体 ， 弹 丸 、 如 导 弹、 飞机 ， 型不 同 ， 产 生 的 “ 形 波 也 有 类 所 Ｎ” 不 同 ， 如 ， 于 形 状 复 杂 的 飞 行 体 （ 飞 例 对 如 机 ） 由许 多“ 形 波 叠加 而 成…， 每一 个 是 Ｎ” 且 “ 形波都与飞行体的外形 、 度有关 。 Ｎ” 速 所 以 其 声场 复 杂 ， 压 曲 线 是一 系 列 “ 形 的 声 Ｎ” 叠 加 。 激波 引发 的声 场 包 含 了很 多 信息 ， ２实验验证 由 这 为 飞 行 体 的 “ 指纹 ” 别 提 供 了可 能 。 声 识 对 复 杂 的 飞 行 体 进 行 实 验 研 究 很 困 １ ２频率 特征 ． 难 。 对 而言 ， 头 激波 比飞 机 激 波 简单 得 相 弹 惠 瑟姆 （ ｉ ａ Ｇ ） Ｗｈ ｔ ｍ Ｂ 根据空 气动 力学 多 ， 于 实 验 ， 文 用 弹 头 激 波 进 行 模 拟 ， ｈ 易 本 原 理 初 步 建 立 了 描述 超音 速 飞 行体 声压 信 对超 音 速 飞 行 体 “ 指 纹 ” 行 初 步 研 究 。 声 进 号 的 公 式 ， 过 许 多 学 者 不 断 改进 得 到 声 ２ １实验方 案 经 ． 压 脉 冲 的 波 长 的 公 式 为 ： 实验是 利用 声传 感器测 量射 击过 程 中的 各种声信号 ， 然后对信 号进行分析 ， 取“ 提 声指 。 数据采 ＝ （） 纹” 实验过 程中的相关 设备主要包括 ： １ 集卡 一块 ； 传感 器２ 整个 实验 在靶 场进 声 只。 （ 一１０ ）， 两 距 式 中Ｋ 为波 长 的形状 系数 ， Ｍ为飞 行 行 ， 个 声传 感 器 平 行 于弹 道 放 置 ， 弹 道 ０ 距离射 击线 ３ ｍ， ０ 两传感 器相 距６ 所用 ｍ， 体 马赫 数 ， 为 飞 行体 直 径 ， 为 测 量 点与 飞 ２ ｍ， ｄ ｙ １ ５ 式７ ６ ｒ ａ 行轨 迹 距离 ，为 飞 行体 长 度 。 头 飞 行激 波 的枪械是８ 杆半 自动步枪 ，６ ．２ ｍ枪弹 ， ｌ 弹 ５ ｍ ｓ当地温 度３ ℃， ５ 声速ｃ ３ ３ ｓ ＝ ５ｍ／ 。 脉 冲 持续 时 间 由Ｔ＝ ／ 得 到 ， ｃ 基频 ｆ ＝１ 初速为７ ０ ／ 。 Ｏ ／ Ｔ， 为 声 速 。 计 算 ， 机 的 基 频 约 为 １ 对射击 过程 中的 声信号 进行 全程 记录 。 ｃ 经 飞 ～ ． ｌ Ｈ 超音 速巡 航导 弹 基频 约为 １ ～ｌ ０ ， ２ ２ 实验分析 ０ ｚ Ｏ ０ Ｈｚ 图 １ 一 次 射 击 时 声压 时域 信 号 ， 一 为 第 普 通枪 弹基 频 约为 １ ０ ～７ ０ Ｈｚ 这 样 从频 ０ ０ ００ 。 ， 。如 ） 率特征上就能将超音速飞机、 航导弹 、 巡 普 个 波 称为 信 号 １ 第二 个称 为信 号 ２ （ 图 １ （ ） 域 分 析 １时 通 枪弹等区分开来 。 子弹在 其射程 之内是超 音速 飞行 ， 产 １ ３幅值 特征 ． 生 一 个 激 波 锥 ， 弹 头 一起 向前 运 动 。 出 和 而 其 压力幅度具体经验 公式如下 ： 膛 激 波 是 子 弹 被 击 发 过程 中子 弹 的 火 药 爆
一种双旋翼共轴式直升机的旋翼测量系统[发明专利]
![一种双旋翼共轴式直升机的旋翼测量系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/143e59d85727a5e9846a615c.png)
专利名称：一种双旋翼共轴式直升机的旋翼测量系统专利类型：发明专利
发明人：杨威,李懿,宫建朝,郭建军
申请号：CN201810546775.7
申请日：20180531
公开号：CN109050968A
公开日：
20181221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种双旋翼共轴式直升机的旋翼测量系统，包括：数据采集端、数据应用端、计算机终端；数据采集端包括距离传感单元、光纤传感单元、方位传感单元，所述的数据传输单元采用有线或无线的方式，将桨尖间隙信息、桨叶应变信息和方位信息发送至计算机终端；计算机终端包括计算机单元，所述的计算机单元用于接收并进一步处理数据传输单元所发送的桨尖间隙信息、桨叶应变信息和方位信息，并与直升机飞行控制系统进行信息交互。
本发明具有测量精度高、安全性能高等优点。
申请人：合肥联合飞机科技有限公司
地址：238000 安徽省合肥市巢湖经济开发区花山工业园工投A4厂房
国籍：CN
代理机构：杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：王桂名
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六旋翼飞行器与探测系统设计与分析的开题报告
六旋翼飞行器与探测系统设计与分析的开题报告一、选题背景及意义随着无人机技术的快速发展，六旋翼飞行器作为一种新型的无人机，逐渐成为热门的研究方向。
六旋翼飞行器凭借其垂直起降、稳定飞行、灵活机动等特点，被广泛应用于军事、安防、消防、电力、气象、地质勘探等领域，对于现代化社会的建设与发展起到了极为重要的作用。
与此同时，随着现代传感器及控制技术的日益成熟，六旋翼飞行器配备探测系统，可以实现对于目标进行高精度、大范围的三维探测，为各行各业提供了更为便捷、高效、安全的解决方案。
本课题旨在探究六旋翼飞行器与探测系统的设计与分析，为六旋翼飞行器的实际应用提供理论基础和实践指导。
二、研究内容1. 六旋翼飞行器的设计与分析（1）六旋翼飞行器的基本结构、工作原理及特点（2）六旋翼飞行器的机体设计与材料选用（3）六旋翼飞行器的动力系统设计与控制（4）六旋翼飞行器的飞行控制与导航2. 探测系统的设计与分析（1）探测系统的基本原理（2）探测系统的主要组件及选型（3）探测系统的信号处理与数据传输（4）探测系统的定位与成像三、预期成果1. 六旋翼飞行器与探测系统的理论分析，总结出设计原则和技术路线；2. 编制基于MATLAB的六旋翼飞行器的模型仿真程序，进行系统模拟与性能评估；3. 基于实验平台进行硬件设计与系统实现，包括机体结构、动力系统、飞行控制、探测系统、信号传输与处理等；4. 对系统进行试飞试验，并对试飞数据进行分析与评估，验证系统的性能与可靠性。
四、研究工作计划1. 第1~4周：文献调研和理论研究，确定研究方向和研究内容；2. 第5~8周：进行六旋翼飞行器系统的模型仿真与性能评估；3. 第9~12周：进行六旋翼飞行器的硬件设计与系统实现；4. 第13~16周：进行系统的试飞试验，分析试飞数据，总结系统性能与可靠性；5. 第17~20周：编写毕业论文，撰写实验报告，并进行答辩。
五、研究经费本课题的研究经费主要用于购置硬件设备和实验器材等方面，预计总经费为XXXX元。
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丽 焉
图２特 征 参 数 计 算 流 程 对 采集 到 的 背频 信 号进 行 分帧 处 理 ，然 后 求 出每 一 帧 的傅 里 叶 变换 ， Ｉ ＝ ｝ １ 此 得 到 了 一段 声 的 声 ， 整 个 形 ［ ｝ 】 高频 的 细 节部 分 和 低频 的包 络 相 乘 组 成 ， 对 这 个信 号 取 它 的 对 数 进 行对 数 运 算把 其 高 频 和 低 频 成 分 分 开 ，这 样 就 可 以甜 知 这段 声 音 的转 变 过 群 ， 而这 个转 变过 程 就 是这 段 声 音 信 号的特征量，最后经过傅里叶逆变换就可 以得到具体的特征参数 ＿ 『。 ２ １ ２基于ＤＴ Ｗ算法的特征 匹配 现 阶 段 流 的 特 匹 配 算 法 主 要 仃 动 态 叫 问 规 整（ ＤＴ Ｗ） 、隐 马 尔 ｌ １ Ｉ 犬摸 犁 （ ＨＭＭ） ４ Ｖ ［ １ 神 经 网络 技 术 （ ＡＮＮ ） 二种 。 其 中 ，动 态时 问 规 整 是一 种 比 车 立 经 舆的算 法 ，该 算法 是利 刖 满 足一 定 条件 的动 态 时 问规 整 函 数 ，为 两 段 时 间 长 度不 等 的 声 酱信 序 歹 ｌ 』 找到 ｌ 『某 种时 间 上 的对 应 关 系 ， 从 『 ｆ Ⅱ 根 据 该 对应 关 系求 解 出两段 序 列在 时 间 卜的 卡 Ｉ ｌ 似度 。算 法 主 要靠 模 版 ｐ 配 的 方 法 来实 现 ，对 于 １ ｉ 爵信 ；的特 征 序列 可 以分 为两 种 ：参 考 模 版 和 测 试模 版 。 其 中 ， 参 考模 版 足 已经 存 入 声 音模 型 库 中 的特 缸序 列 ，而 测 试 模版 是 待 识 别 的 声 音特 征 序 列 。 ｌ ｝ ｛ ｊ 动 态 规划 的 路 径 并非 是 随 意选 取 的 ， 所 以应 对 规 整函数做 定的限制 ：①边界限制：测试模版和参考模版都要进行端点检 测 ．所以 （ 为Ｊ 保证不 丢失信息，测试模版和参考模版在规整时必须包含 起 始 帧 和结 束 帧 。② 连 续 件 限制 ：进 行 模版 匹 配 时 ，不 可 以跨 过 某 帧 去 匹 配，只能和当 帧卡 【 ｊ 邻的帧进 行匹配。③ 凋性限制 ：南于， 信号具有 时Ｉ ＇ ｕ ｊｌ 的先 后 性 ．所 以 在规 整 的时 候 也 要按 ｌ ｛ ｃ ｌ 时 问上 的 先后 顺 序来 匹配 。 ２ － ２ 系统 的硬 件 结构 硬件平台分为３ 部分，如 ３ 所示。｝ ｝ ｛ 声 爵采集模块、信 处理模块和 预 警 组 成 ，其 ＿ ｝ 】 Ｊ ｛ ｉ 采 模块 完成 对 旋 翼 飞 行器 声 音信 号 的 采 集 ，信 号处
图 ３系 统整 体 架构
３ 实验结果及误差分析
对 于本 系 统 的性 能测 试 ， 共 设 置 了４ 个不 同的 场 景 ， 分 别 为理 想 期 ： 境 、安静 环 境 、弱 干扰 环 境 和强 干扰 环 境 。 （ １ ）理 想环 境 ： 该环 境 巾没 有 任 何 除旋 翼 行器 以外 的 明 疆噪 声 ： （ ２）安 静环 境 ： 该环 境 中有 明 显 的 吗 鸣 声 、 车 笛 声 以 及人 说 话 的 声 音 ： （ ３ ）弱 干 扰 环 境 ： 该环 境 中有 明 显 的 电机 噪 声 ， 其 音 量 与旋 翼 ｂ行器 相 当： （ ４）强 干扰 环 境 ：该 环 境 中 有 非 常强烈的机房轰鸣声。测试标准为：特征库声音录制时间 为３ 秒 ，工作室 环 境 声音 采 集时 间 为２ 秒。
理 模块 完 成 对 声音 信 号 的 备 种运 算 并得 到识 别 结 果 ，预 警 系统 则 是根 据 ｛ 别 结 果进 行 预 警 。从 拾 音 器采 集 到 的 声 信 号 经 过音 频 ： 片转 化 之 后 变 为 数 信 号 ，当ｃｐ ｕ ｑ ｋＮ数 据 之 后 便 对其 进 行 特 征最 提 取 和 匹 配 ，最 终 将 ｐ ｔ 配 的结 果通 过 预警 系统 表 达 来 。
２ 旋 翼 飞 行 器 检 测 系 统 的 设 计
２ ． １ 系 统 的 组 成
图 １识 别 系 统 的 组 成 声音 采 集 负 贵 高 灵敏 度 的 声 音 提 取 ，预 处 理 则 包 括 对 声 卉信 号 的 分 帧、预加重及加窗。特 参数提取是对声音信号进行相应计算，求出其对应 的特征参数。特征库是 声纹识别系统 ｌ ： 作前建立的声音特征库，包含的是 纯旋 翼 Ｅ 行 器 的， Ｈ 爵特征 。特 征 匹配通 过 对实 时声 音特 征 与库 声 音特 征 进行 自 ￡ 得 到 最终 的识 剐结 果 ，最后通 过预 警 系统 发出预 警信 号。 ！ ． １ ． １特征 参数提 取 声 音 信 号 的 特 征 参数 从 物 理 意 义 ｌ 讲 是 反 映 同 声 音 信 号 的 不 同特 性 ，例 如电锯 的 噪声 和除 机 的 电机声 爵 ｊ 旋翼 飞行器 的声 音非 常 相似 ，人 耳无 法对 其进 行 判别，但 是这 些听 觉ｊ 相似 的 声 爵具 有 同的特 征 参数 。
预 警， 并 用ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 软 件进 行 了系统仿 真， 进 而把 检 测技 术 应 用￣ ］ Ｄ Ｓ Ｐ 硬 件 系统 中， 给 出 了实验 结 果和 误 差分析 、
【 关 键词 】 １ ） Ｓ Ｐ ；声纹识 别 ；梅 尔频 率倒 谱 ｇ－ ｔ ＜ （ ＭＦ Ｃ Ｃ ） ； 动 态 时 间规 整 （ Ｄ Ｔ Ｗ） 算 法
｛０ ＾ 々 ｔ 啦 ｛， ｔ
１ 引 言
旋翼 飞行 器 是 ‘ 种 山 多 个螺 旋桨 对 称 交 叉排 布 的 Ｅ 行器， 备 垂直 起 降能 力 ，在现 实 生活 中体 现 出了极 强 的 匕 行稳 定度 和操 作简 易度 ， 冈此 小型 旋 翼 行器 被ｆ ‘ 泛应 用 ｒ各 个领域 。近 年 来民 川无 人机扰 民、 侵犯 隐私 的事 件屡 屡 被曝光 ．许 多非法 个人 或组 织利 川 小型旋 翼 飞行 器进 行 很 多侵犯 个人 隐私 、影 响公 共秩序 、威胁 国家 安全 的违法 行 为。 本 系统 的研 究意 义旨 在 以声纹 识 别 技 术 为核 心 ，用 一 种成 本 较 低 的方 法 实 现 对 空域 中的 入 侵 旋翼 Ｅ 行 器 的 时 监拄 和 预 警 。 Ｅ ｌ 前 声 纹 识 别技 术 被广 泛 的 应用 ｊ 语 识别 之 中，用 以 识别 旋 翼飞 行 器 的研 究几 乎没有 ，对 ｊ 这种 “ 低 、慢 、小 ”的空 中 目标 ，传 统 雷达 系 统 失 去适 用 性 且 成 本高 ， 因此基于声纹 ｊ 川的旋翼飞行器检测系统无疑为当前的研究领域扩展了新 的 前 景 。本 文 介绍 ｒ以ＤＴ Ｗ 动 态时 间 规 整 为核 心算 法 的 声纹 识 别 系统 的 相 关 原 理 ， 并实 现 Ｊ 住 同环 境 下对 旋 翼 行 器 的检 测 与 预警 。
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ０ＮＩ Ｃ Ｓ Ｗ ＯＲ Ｌ Ｄ・
劳
基 于声 纹 识别 的旋 翼 飞行 器检 测 系统
重庆 大学 雷 丁 田 燃 王 柳彬 欧静 兰
【 摘要 】随着声纹识别及其相关电子技术的飞速发展 ，基于声纹识别的各种技术正逐步应用于各个领域 本文介绍 了检测旋翼飞行器声音信 号 的基 本 原理 ，以及 用数 字信 号 处理 器实现 对旋 翼 飞行 器的检 测 和预 警 方 法， 阐述 了声 纹识 别在 Ｉ ） Ｓ Ｐ 平 台 下的 实现 ． ． 本 系统 以 梅 尔频 率倒 谱 系数 （ ＭＦ ｃｃ ） 为特 征 参数 ， 采 用动 态时 间规 整（ Ｄ Ｔ Ｗ） 算 法 实现 声音 参数 特征 匹配 ， 实现对 于直径 范 围 为４ ¨ ～６ ０ ｃ ａｇ ｒ ／ 旋翼 飞 行 器的短 距 离检测 和