本发明涉及一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，属于声波探测无人机。
背景技术：
1、无人机在战场上发挥出越来越重要的作用，其中，fpv(first person view视频眼镜导引)无人机对单兵的杀伤力惊人。在大多数场景中，fpv无人机均通过悄悄接近的方式，取得杀伤效果。如果士兵能够佩戴一种探测无人机预警设备，及早发现附近的无人机，提示无人机来袭方位，那么，士兵能够有时间采取隐蔽防护和对抗措施，可有效提高士兵战场生存率。
2、无人机声波探测预警设备是通过探测无人机飞行中旋翼扰动空气产生的声波，及时感知附近是否存在无人机；并通过声波接收阵列的测向，指示无人机存在的方位。为单兵提供及时准确的无人机预警信息。
3、授权公开号为“cn106842179b”的发明“一种基于声探测的反无人机系统”，提出利用布设在地面的多个麦克风阵列组网，通过检测到无人机声音的时差进行无人机定位。该发明所述系统，体积过大，且需要多个组网，不适合单兵应用。
4、授权公开号为“cn112270680b”的发明“基于声音和图像融合的低空无人机探测的方法”，描述了一种麦克风和摄像机混合阵列进行无人机探测的方法和装置，其中，麦克风阵列通过声波tdoa(time difference of arrival到达时差)的方法对无人机进行测向。该发明所述采用tdoa方法对无人机进行测向，阵元之间需要米级间隔，机动能力有限，不能适用于单兵头盔佩戴。
5、授权公开号为“cn111766549b”的发明“一种可穿戴式磁场梯度探测仪及探测方法”，描述了一种头盔刚性框架结构连接探头，实现单人穿戴及操作，对目标进行探测和定位，并发出提示和预警。该方法描述的头盔佩戴式探头结构，在探头和头盔之间采用连接杆，不适合单兵头盔佩戴。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：在户外场景下，如何解决战场环境下单兵感知预警附近无人机的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，包括头盔佩戴式声波阵列，头盔佩戴式声波阵列由多个麦克风阵列组成，麦克风阵列设于头盔上，对无人机声波信号进行探测和测向；头盔佩戴式声波阵列的麦克风阵列均与接收预警装置连接。
3、优选地，每个所述的麦克风阵列由多个mems麦克风组成，通过信号同相合成；mems麦克风焊接固定于柔性或者赋形pcb板，并缝制固定于适合绑扎头盔的编织网。
4、优选地，所述的接收预警装置采用防水盒体，插在头盔后下方固定绑带内；接收预警装置包括含电池。
5、优选地，通过所述的头盔佩戴式声波阵列接收、滤波多旋翼无人机基频声波，并进行延时相关，通过噪声延时相关无峰值，而信号延时相关有峰值的特性，检测多旋翼无人机基频声波；延时通过声波信号adc采样后样点移位实现，时域相关通过频域进行快速傅里叶变换相乘实现。
6、优选地，通过所述的多个麦克风阵列信号交替取样的方式，模拟电子开关在各个阵列之间高速切换，形成与无人机位置相对位移，产生多普勒效应进行测向；无人机来波方向不同，会产生不同的多普勒频移，根据多普勒频移大小，可以得到无人机声波来波方向。
7、优选地，通过所述的多个麦克风阵列的安装位置和波束方向性，形成对无人机声波来波方向的选择性，通过对麦克风阵列信号简单的归一化比幅方式，得到大致的无人机声波来波方向；结合伪多普勒测向得到的声波来波方向夹角，判定无人机声波来波方向。
8、优选地，各个所述的麦克风阵列由一定数量的差分接口mems麦克风，以delay-sum(延时相加)方式进行固定波束合成，波束指向最大值方向为阵列平面中心法向；各麦克风阵列采用mems麦克风的数量，与各麦克风阵列的面积和mems麦克风之间的间隔相关，考虑到麦克风阵列需要匹配头盔局部形状，因此，mems麦克风之间应预留一定间隙。
9、优选地，所述的接收预警装置由5通道同步采集模块、预处理模块、检测模块、测向模块、声光报警模块、电池和dc/dc变换器组成，5通道同步采集模块、预处理模块、检测模块、测向模块、声光报警模块依次按照处理顺序连接，5通道同步采集模块、预处理模块、检测模块、测向模块、声光报警模块分别与dc/dc变换器连接，dc/dc变换器连接电池。
10、优选地，所述的5通道同步采集模块采用8通道adc采样芯片，提高接收信号的信噪比；预处理模块利用过采样提高接收信号信噪比；利用无人机声波基频在150hz至300hz频率范围进行带通滤波，消除带外噪声；利用信号的延时相关算法检测信号或噪声；利用无人机声波具有的谐波特性，提高检测结果置信度；检测模块用于完成是否存在无人机声波信号的检测；利用噪声延时自相关无相关峰，信号有相关峰的原理进行无人机声波信号的检测；在无人机声波信号检测的基础上，利用比幅和伪多普勒测向相佐证的方法，给出示向信息；比幅测向是利用麦克风阵列形成的针对不同空域的波束，比较这些波束所接收到同一个声波信号的幅度，得到大致的声波方向信息；伪多普勒测向是通过在麦克风阵列信号交替取样的方式，模拟电子开关在头盔周围各个麦克风阵列之间高速切换，形成与无人机位置相对位移，与位于头盔顶部的麦克风阵列接收的声波信号频率进行对比，分析多普勒频偏量进行测向；无人机来波方向不同，会产生不同的多普勒频移，根据多普勒频移大小，得到无人机声波来波方向；测向模块测得的无人机声波来波方向角，与比幅测向结果进行校准后，根据角度所在的二维坐标区域，发出示向信息。
11、本发明是单兵预警装置，为单兵提供及时准确的无人机预警信息。可佩戴在头盔上，适用于近距离发现无人机，利用头盔佩戴式声波探测传感器，通过探测接收无人机飞行中旋翼扰动空气产生的声波，及时感知附近是否存在无人机；并通过声波接收阵列的测向，并指示无人机存在的相对方位，通过声光提示报警。解决战场环境下单兵感知预警附近无人机的问题。
12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13、本发明属于单兵便携式装备，体积小、功耗低。本发明通过mems麦克风阵列，扩大对无人机声波信号的探测距离；能够通过接收各类旋翼式无人机共有的声波，检测到无人机的存在并进行预警。本发明通过对无人机声波基频信号的滤波和过采样，提高对无人机声波信号的探测灵敏度和准确性；本发明通过声波阵列之间的比幅测向和伪多普勒测向，提高对无人机声波信号测向的稳健性。本发明所具备的技术和装备形态特征，同样适合开发车载及地面固定无人机声波探测预警设备。
1.一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，包括头盔佩戴式声波阵列，头盔佩戴式声波阵列由多个麦克风阵列组成，麦克风阵列设于头盔上，对无人机声波信号进行探测和测向；头盔佩戴式声波阵列的麦克风阵列均与接收预警装置(6)连接。
2.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，每个所述的麦克风阵列由多个mems麦克风组成，通过信号同相合成；mems麦克风焊接固定于柔性或者赋形pcb板，并缝制固定于适合绑扎头盔的编织网。
3.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，所述的接收预警装置(6)采用防水盒体，插在头盔后下方固定绑带内；接收预警装置(6)包括含电池(12)。
4.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，通过所述的头盔佩戴式声波阵列接收、滤波多旋翼无人机基频声波，并进行延时相关，通过噪声延时相关无峰值，而信号延时相关有峰值的特性，检测多旋翼无人机基频声波；延时通过声波信号adc采样后样点移位实现，时域相关通过频域进行快速傅里叶变换相乘实现。
5.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，通过所述的多个麦克风阵列信号交替取样的方式，模拟电子开关在各个阵列之间高速切换，形成与无人机位置相对位移，产生多普勒效应进行测向；无人机来波方向不同，会产生不同的多普勒频移，根据多普勒频移大小，可以得到无人机声波来波方向。
6.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，通过所述的多个麦克风阵列的安装位置和波束方向性，形成对无人机声波来波方向的选择性，通过对麦克风阵列信号简单的归一化比幅方式，得到大致的无人机声波来波方向；结合伪多普勒测向得到的声波来波方向夹角，判定无人机声波来波方向。
7.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，各个所述的麦克风阵列由一定数量的差分接口mems麦克风，以delay-sum延时相加方式进行固定波束合成，波束指向最大值方向为阵列平面中心法向；各麦克风阵列采用mems麦克风的数量，与各麦克风阵列的面积和mems麦克风之间的间隔相关，考虑到麦克风阵列需要匹配头盔局部形状，因此，mems麦克风之间应预留一定间隙。
8.如权利要求1所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，所述的接收预警装置(6)由5通道同步采集模块(7)、预处理模块(8)、检测模块(9)、测向模块(10)、声光报警模块(11)、电池(12)和dc/dc变换器(13)组成，5通道同步采集模块(7)、预处理模块(8)、检测模块(9)、测向模块(10)、声光报警模块(11)依次按照处理顺序连接，5通道同步采集模块(7)、预处理模块(8)、检测模块(9)、测向模块(10)、声光报警模块(11)分别与dc/dc变换器(13)连接，dc/dc变换器(13)连接电池(12)。
9.如权利要求8所述的一种头盔佩戴式无人机声波探测预警设备，其特征在于，所述的5通道同步采集模块(7)采用8通道adc采样芯片，提高接收信号的信噪比；预处理模块(8)利用过采样提高接收信号信噪比；利用无人机声波基频在150hz至300hz频率范围进行带通滤波，消除带外噪声；利用信号的延时相关算法检测信号或噪声；利用无人机声波具有的谐波特性，提高检测结果置信度；检测模块(9)用于完成是否存在无人机声波信号的检测；利用噪声延时自相关无相关峰，信号有相关峰的原理进行无人机声波信号的检测；在无人机声波信号检测的基础上，利用比幅和伪多普勒测向相佐证的方法，给出示向信息；比幅测向是利用麦克风阵列形成的针对不同空域的波束，比较这些波束所接收到同一个声波信号的幅度，得到大致的声波方向信息；伪多普勒测向是通过在麦克风阵列信号交替取样的方式，模拟电子开关在头盔周围各个麦克风阵列之间高速切换，形成与无人机位置相对位移，与位于头盔顶部的麦克风阵列接收的声波信号频率进行对比，分析多普勒频偏量进行测向；无人机来波方向不同，会产生不同的多普勒频移，根据多普勒频移大小，得到无人机声波来波方向；测向模块(10)测得的无人机声波来波方向角，与比幅测向结果进行校准后，根据角度所在的二维坐标区域，发出示向信息。
