[发明专利]一种用于远距离声音信号获取的飞行机器人

说明书

技术领域

   本发明涉及光学与声学领域，尤其涉及一种基于四轴飞行器的用于远距离声音信号获取的飞行机器人。 

背景技术

    声音信号是一维信号研究的重要对象，而远距离声音信号获取技术凭借其非接近性的特点，有着非常广泛的应用领域，是声学研究中一个重要的分支。例如在自然科学研究中，野外对各种动物的声音录制；生物动态音响的研究；含有爆炸、毒气和强腐蚀等各种危险因素的人类不宜接近的环境中的声音获取；在影剧拍摄、声乐现场录制等场合，要求图像中不可出现录音器，增强现场感。因而对远距离声音获取的研究很是必要。

   目前远距离获取声音的方法极少，且存在很多限制因素。目前应用较为广泛的方法有以下几种。

    (1)抛物线麦克风：抛物线麦克风主要是利用抛物线聚焦的原理，将特定方向的声音聚焦到焦点处，通过信号放大后还原声音信号，接收性能较好，适合空旷地形使用，但是体积较为庞大，携带不方便。

   (2) 变焦麦克风：变焦麦克风具有变焦能力，可以随时改变指向性，突出特定的声音，操作灵活，但体积庞大。

    (3) 压差式传声器：压差传声器通常有2个入声口。其振膜两面都暴露在声场中，相对于点声源而言因为振膜前后相对的等效距离之故使声波传至振膜两面的距离不相同，故而产生压差。振膜振动时，振动位移大小与振膜两面的压差有关，此类传声器拾取功率较低。

    (4)声干涉枪式超指向性传声器：声干涉枪式超指向性传声器指向性极强，对特定目标有很好的声音获取效果。但是对使用环境有较高的要求，且自身尺寸相当长，稳定性较差。

    以上四种获取方法，由于使用传统的声音聚焦技术，所以存在远距离声音信号的高频损失，皆无法达到足够远的声音获取距离，并且随着捕获的距离增加，装置的尺寸增大严重，携带不方便，严重制约了该方面的发展。

    四轴飞行器是多旋翼飞行器中最常见的一种，依靠着四个呈十字型布局的螺旋桨，结构紧凑，体积小，维护和更换的花销小，并且运动性能好，抗风能力强，适合在狭小的空间或城市、野外等复杂环境中使用，灵活轻巧。

    综上所述，研究快速布置的远距离声音获取技术，可以有效解决当前的声音获取距离不足与布置不方便的问题，具有重大意义。

发明内容

    有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于远距离声音信号获取的飞行机器人，利用具有极其灵活并且飞行稳定性超强的四轴飞行器作为基本的设备装载载具，通过远程控制技术，将带有高精度红外摄像机与激光远距离声音获取装置的四轴飞行器移动至需要进行声音获取的地点，实现非现场式远距离声音信号捕获。

    本发明的目的是通过以下技术方案来实现的: 一种用于远距离声音信号获取的飞行机器人，包括四轴飞行器与远程地面站，所述四轴飞行器包括轴翼系统、中心机体、飞行控制系统。所述轴翼系统固定安装在中心机体的四个轴的末端，由四对螺旋桨、四对无刷同轴电机和4个支撑臂组成；所述螺旋桨包括正桨和反桨，正桨与反桨分别成对角关系。

  所述中心机体由波形获取层、飞行控制层、图像获取层三层组成，所述飞行控制层处于波形获取层和图像获取层中间，所述飞行控制系统搭载在飞行控制层上，所述图像获取层包括高精度红外摄像机与连接平台2，所述连接平台2由两个相互垂直交错的直流电机、锁紧臂、支撑薄壁组成，所述高精度红外摄像机设置在连接平台2上，可随连接平台2旋转，用于航拍导航、辅助激光远距离声音获取装置对红外激光反射点的定位以及记录周围环境，并能定位于任意角度，极大地提高了拍摄的灵活性。

  所述飞行控制系统由微处理器控制系统、机载无线数据传输系统、姿态输入系统、GPS定位系统、电源电路、电源指示装置及紧急避障系统组成。

   所述图像获取层通过隔板2与轴翼系统连接，其特征在于：所述波形获取层包括激光远距离声音获取装置、连接平台1、旋转平台和隔板1，所述激光远距离声音获取装置由激光发射装置与激光接收装置组成，所述激光发射装置设置在连接平台1上，用于发射源激光。所述激光接收装置设置在旋转平台上，用于获取反射的红外激光上被调制的声音信号；所述连接平台1设置在旋转平台上，并与连接平台2有着相同的构造和相同的功能，所述旋转平台设置在隔板上，并且底部设置有直流电机，旋转平台可绕垂直于隔板的轴线做360°旋转，并能定位于任意角度，无最小旋转角度限制。

   所述机载无线数据传输系统包括飞行遥控装置、机身状态发送装置、图像数据发送装置和波形数据发送装置。