可移动式扬声阵列与无人机控制系统的制作方法

1.本发明涉及声场控制技术领域，尤其涉及一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。
3.随着无人机功能的越来越强大，通过无人机搭载扬声器进行声音播放，成为一种趋势，对于音质要求较高的场景，扬声器阵列在安装时需要进行大量的计算和调试，为此，需要针对可移动式扬声阵列布置点进行快速优化，满足用户的需要。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。
5.本发明实施例提供了一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统，包括：多个无人机，所述无人机按照预设的飞行方式在空间中进行可移动分布；挂载平台，所述挂载平台设置在所述无人机的底部，所述挂载平台具有三维旋转装置，能够在空间范围内执行旋转操作；扬声器，所述扬声器设置在所述挂载平台上，以便于基于多个无人机上设置的多个扬声器，形成可移动式扬声阵列；控制终端，所述控制终端与所述多个无人机和无人机上的挂载平台通信连接，所述控制终端通过控制所述无人机在空间的分布以及所述扬声器的声场指向，控制可移动式扬声阵列的声场分布。
6.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：获取多个无人机在空间中的位置坐标；基于无人机的坐标信息，形成可移动式扬声阵列的空间坐标矩阵；基于空间坐标矩阵，对可移动式扬声阵列中的每个扬声器进行位置控制。
7.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：获取初始分布状态下，可移动式扬声阵列中每个扬声器的声音朝向，将声音朝向作为可移动式扬声阵列的特征，增加到空间坐标矩阵中，得到第一特征矩阵。
8.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：获取可移动式扬声阵列中扬声器的发射功率；将扬声器的发射功率作为可移动式扬声阵列的特征，增加到第一特征矩阵中，得到第二特征矩阵。
9.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：
根据第一特征矩阵中包含的扬声器的位置信息以及功率信息，计算可移动式扬声阵列形成的声场区域。
10.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：计算所述声场区域内的声音能量的分布状况；判断声音能量在声场范围是否均匀分布；若否，则调整无人机的空间分布，重新形成新的声场范围。
11.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：计算所述声场范围内声音能量的最大值和最小值；判断所述最大值与所述最小值之差是否大于预设值；若是，则对无人机和挂载平台进行调整。
12.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对无人机和挂载平台进行调整，包括：获取与最大值相关的无人机，形成第一无人机集合；调整第一无人机集合的空间位置，使第一无人机集合中的无人机远离最大值所在的空间坐标。
13.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对无人机和挂载平台进行调整，包括：调整第一无人机集合中的挂载平台的朝向，使第一无人机集合中的扬声器朝向偏离最大值所在的空间坐标。
14.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对无人机和挂载平台进行调整：降低第一无人机集合中的扬声器的发射功率。
15.本发明实施例中提供的一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统，包括：多个无人机，所述无人机按照预设的飞行方式在空间中进行可移动分布；挂载平台，所述挂载平台设置在所述无人机的底部，所述挂载平台具有三维旋转装置，能够在空间范围内执行旋转操作；扬声器，所述扬声器设置在所述挂载平台上，以便于基于多个无人机上设置的多个扬声器，形成可移动式扬声阵列；控制终端，所述控制终端与所述多个无人机和无人机上的挂载平台通信连接，所述控制终端通过控制所述无人机在空间的分布以及所述扬声器的声场指向，控制可移动式扬声阵列的声场分布。通过本技术的方案，能够对可移动式扬声阵列的声场效果进行动态调整，提高了可移动式扬声阵列的声场效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统示意图；图2为本发明实施例提供的一种可移动式扬声阵列与无人机控制流程示意图；图3为本发明实施例提供的另一种可移动式扬声阵列与无人机控制流程示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
19.参见图1、图2及图3，本发明实施例提供了一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统，包括：多个无人机、挂载平台、扬声器和控制终端。
20.多个无人机可以是各种类型的无人机，所述无人机按照预设的飞行方式在空间中进行可移动分布，从而构成不同形状的空间阵列。
21.挂载平台用于承载扬声器，所述挂载平台设置在所述无人机的底部，所述挂载平台具有三维旋转装置，能够在空间范围内执行旋转操作，从而可以将扬声器在空间范围内设置成不同的朝向，不同朝向的扬声器将声场叠加在一起，形成可移动式扬声阵列所对应的声场。
22.扬声器具有一定的声音功率，所述扬声器设置在所述挂载平台上，以便于基于多个无人机上设置的多个扬声器，形成可移动式扬声阵列，通过可移动式扬声阵列，可以生成不同朝向和不同声音能量分布的声音区域。
23.控制终端可以是手机或笔记本等通信终端，控制终端可以采用无线或有线的方式进行通信，所述控制终端与所述多个无人机和无人机上的挂载平台通信连接，所述控制终端通过控制所述无人机在空间的分布以及所述扬声器的声场指向，控制可移动式扬声阵列的声场分布。
24.通过上述实施例的内容，可以有效的控制无人机以及挂载平台空间朝向，来快速的对可移动式扬声阵列的声音进行调节。
25.参见图2，根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：s201，获取多个无人机在空间中的位置坐标；s202，基于无人机的坐标信息，形成可移动式扬声阵列的空间坐标矩阵；s203，基于空间坐标矩阵，对可移动式扬声阵列中的每个扬声器进行位置控制。
26.具体的，可以通过调整空间坐标矩阵中每个无人机的位置坐标，来对每个扬声器进行位置控制。
27.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：获取初始分布状态下，可移动式扬声阵列中每个扬声器的声音朝向，将声音朝向作为可移动式扬声阵列的特征，增加到空间坐标矩阵中，得到第一特征矩阵。
28.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：获取可移动式扬声阵列中扬声器的发射功率；将扬声器的发射功率作为可移动式扬声阵列的特征，增加到第一特征矩阵中，得到第二特征矩阵。
29.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：根据第一特征矩阵中包含的扬声器的位置信息以及功率信息，计算可移动式扬声阵列形成的声场区域。
30.参见图3，根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：s301，计算所述声场区域内的声音能量的分布状况；s302，判断声音能量在声场范围是否均匀分布；s303，若否，则调整无人机的空间分布，重新形成新的声场范围。
31.可以采用多种方式调整无人机的空间分布，例如，控制终端中存在多种无人机空间分布模型，可以直接调用无人机空间分布模型，来确定无人机的空间分布。
32.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述控制终端还用于：计算所述声场范围内声音能量的最大值和最小值；判断所述最大值与所述最小值之差是否大于预设值；若是，则对无人机和挂载平台进行调整。
33.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对无人机和挂载平台进行调整，包括：获取与最大值相关的无人机，形成第一无人机集合；调整第一无人机集合的空间位置，使第一无人机集合中的无人机远离最大值所在的空间坐标。
34.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对无人机和挂载平台进行调整，包括：调整第一无人机集合中的挂载平台的朝向，使第一无人机集合中的扬声器朝向偏离最大值所在的空间坐标。
35.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对无人机和挂载平台进行调整：降低第一无人机集合中的扬声器的发射功率。
36.不同的扬声器具有不同的声音播放功率，进而影响扬声器的播放效果，为此，可以获取可移动式扬声阵列中扬声器的发射功率、位置坐标以及垂直声音朝向，基于扬声器的发射功率、位置坐标以及垂直声音朝向，确定扬声器在声场区域内的声音分布。
37.基于扬声器的位置信息以及功率信息，形成电声向量。
38.作为一个例子，电声向量pt可以通过如下公式计算：
39.其中，rm为扬声器阵列中心点到第m个目标区域控制点的距离，所述扬声器阵列中心点为所述l个扬声器单元的坐标的平均值；k为波数，k＝2πf/c0，c0为空气中的声速。
40.除此之外，可以通过预先设置的声音仿真模型，对构建的可移动式扬声阵列进行声音能量计算，进而得到扬声阵列在声场区域内的声音能量分布。
41.对可移动式扬声阵列在声场区域内的声场能量进行聚类计算，形成聚类边缘线；将所述聚类边缘线进行等值连接，形成声场能量等值线。
42.聚类算法的过程中，对于包含n个扬声向量的数据集x，选取聚类公式作为相似度指标。聚类目标是使得各类误差平方和最小，即满足：
43.式中，是使达到最小值时的变量取值；k是聚类数目；si是第i聚类种群；ui是si中心的平均值；x
si
是样本的特征属性向量。
44.具体的，针对数据集x中包含的所有数据元素，可以遍历其中的所有元素，计算二者之间的距离值lp：
45.其中，xi表示数据集x中的第i个样本，l表示样本的第l项特征，x
target
表示目标样
本。
46.通过计算距离值lp，可以将距离值lp小于预设值的元素聚集在一起，形成一条等值线。
47.在获得等值线之后，可以进一步的计算等值线的曲率变化点，以便于计算曲率变化点的曲率值；判断所述曲率值是否大于预设值；若是，则对于大于预设值的曲率点所对应的扬声阵列进行位置和方位调整。通过这种方式，可以选择曲率值较大的点，通过对曲率值较大的点进行曲率值调整，避免曲率值较大的点导致的声场内声音过于刺耳的现象出现。从而使得整个声场内的声音能量分布都比较均匀。
48.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统，其特征在于，包括：多个无人机，所述无人机按照预设的飞行方式在空间中进行可移动分布；挂载平台，所述挂载平台设置在所述无人机的底部，所述挂载平台具有三维旋转装置，能够在空间范围内执行旋转操作；扬声器，所述扬声器设置在所述挂载平台上，以便于基于多个无人机上设置的多个扬声器，形成可移动式扬声阵列；控制终端，所述控制终端与所述多个无人机和无人机上的挂载平台通信连接，所述控制终端通过控制所述无人机在空间的分布以及所述扬声器的声场指向，控制可移动式扬声阵列的声场分布。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制终端还用于：获取多个无人机在空间中的位置坐标；基于无人机的坐标信息，形成可移动式扬声阵列的空间坐标矩阵；基于空间坐标矩阵，对可移动式扬声阵列中的每个扬声器进行位置控制。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制终端还用于：获取初始分布状态下，可移动式扬声阵列中每个扬声器的声音朝向，将声音朝向作为可移动式扬声阵列的特征，增加到空间坐标矩阵中，得到第一特征矩阵。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制终端还用于：获取可移动式扬声阵列中扬声器的发射功率；将扬声器的发射功率作为可移动式扬声阵列的特征，增加到第一特征矩阵中，得到第二特征矩阵。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制终端还用于：根据第一特征矩阵中包含的扬声器的位置信息以及功率信息，计算可移动式扬声阵列形成的声场区域。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制终端还用于：计算所述声场区域内的声音能量的分布状况；判断声音能量在声场范围是否均匀分布；若否，则调整无人机的空间分布，重新形成新的声场范围。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制终端还用于：计算所述声场范围内声音能量的最大值和最小值；判断所述最大值与所述最小值之差是否大于预设值；若是，则对无人机和挂载平台进行调整。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述对无人机和挂载平台进行调整，包括：获取与最大值相关的无人机，形成第一无人机集合；调整第一无人机集合的空间位置，使第一无人机集合中的无人机远离最大值所在的空间坐标。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述对无人机和挂载平台进行调整，包括：调整第一无人机集合中的挂载平台的朝向，使第一无人机集合中的扬声器朝向偏离最大值所在的空间坐标。10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述对无人机和挂载平台进行调整：
降低第一无人机集合中的扬声器的发射功率。

技术总结
本发明实施例中提供了一种可移动式扬声阵列与无人机控制系统，属于声场控制技术领域，该系统包括：多个无人机，所述无人机按照预设的飞行方式在空间中进行可移动分布；挂载平台，所述挂载平台设置在所述无人机的底部，所述挂载平台具有三维旋转装置，能够在空间范围内执行旋转操作；扬声器，所述扬声器设置在所述挂载平台上，以便于基于多个无人机上设置的多个扬声器，形成可移动式扬声阵列；控制终端，所述控制终端与所述多个无人机和无人机上的挂载平台通信连接，所述控制终端通过控制所述无人机在空间的分布以及所述扬声器的声场指向，控制可移动式扬声阵列的声场分布。采用本方案，能够优化无人机机载扬声器的播放效果。能够优化无人机机载扬声器的播放效果。能够优化无人机机载扬声器的播放效果。


技术研发人员：王理想 黄瑞华 王明用 王文星 谢思颖
受保护的技术使用者：广州市声讯电子科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/10/6