DE102007022055B3 - A method for locating noise sources of a vehicle moving at a distance - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs (1), weist folgende Schritte auf: - Bereitstellen eines Arrays (2) mit akustischen Sensoren; - Bereitstellen von akustischen Sendern (4, 5, 6) am Fahrzeug (1) zum Erzeugen eines orthogonalen Referenzsignals (7); - Synchronisation der akustischen Sender (4, 5, 6) und der akustischen Sensoren (3) mit einer absoluten Referenzzeit; - Korrelation der empfangenen Signale mit den Referenzsignalen (7); - Bestimmen der absoluten akustischen Lage der Geräuschquellen sowie der relativen Orientierung der Geräuschquellen durch Triangulation. Hierdurch werden die Nachteile der bekannten Lösung des Standes der Technik vermieden und eine verbesserte Lösung zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Außerdem wird durch die Erfindung eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verfügung gestellt, die auf den Zugriff externer Messstationen, wie beispielsweise Radarstationen, verzichtet.A method for locating noise sources of a vehicle (1) moving at a long distance comprises the following steps: - providing an array (2) with acoustic sensors; - Providing acoustic transmitters (4, 5, 6) on the vehicle (1) for generating an orthogonal reference signal (7); - Synchronization of the acoustic transmitter (4, 5, 6) and the acoustic sensors (3) with an absolute reference time; - Correlation of the received signals with the reference signals (7); - Determining the absolute acoustic position of the noise sources and the relative orientation of the noise sources by triangulation. This avoids the disadvantages of the known prior art solution and provides an improved solution for locating sources of noise from a vehicle traveling at a great distance. In addition, the invention provides a simple and inexpensive solution that dispenses with the access of external measuring stations, such as radar stations.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in einer Entfernung bewegenden Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein System zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs.The The invention relates to methods for locating noise sources a moving vehicle at a distance. Further concerns the invention a system for locating noise sources one in big Distance moving vehicle.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zu Quelllokalisierung von Geräuschquellen an Fahrzeugen bekannt.Out The prior art discloses methods for source localization of noise sources known on vehicles.
So
beschreibt die
Ferner
offenbart die
Eine anderes bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Geräuschquellen eines Flugzeugs im Überflug ist in Piet, J. F. et al. „Localization of the Acoustic Sources of the A340 with Large Phased Microphone Array during Flight Tests", American Institute of Aeronautics and Astronautics, Paper 2002–2506, S. 1–11 beschrieben. Darin ist die Nutzung eines Mikrophonarrays vorgesehen. Die Geräuschmessung ist dabei mit einer sehr genauen Bestimmung der Flugzeugposition und der Flugzeuglage verbunden, die mittels GPS Daten oder mittels Radartechnik erfolgt. Dabei sollte die Genauigkeit in der Größenordung der Wellenlänge liegen. Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist es, dass elektromagnetische Wellen zur Positionsbestimmung des Flugzeugs verwendet werden, die nicht der Änderung der lokalen Schallgeschwindigkeit durch atmosphärische Schwankungen wie Wind, Temperatur, etc. unterworfen sind. Der Nachteil der Positionsbestimmung mittels GPS, Radar, Funk, etc. besteht also darin, dass elektromagnetische Wellen verwendet werden. Diese elektromagnetischen Wellen breiten sich anders als die zu messenden Schallwellen aus, d. h. es wird zwar die geometrische Position exakt bestimmt, die relevante „akustische" Position wird jedoch nur ungenau ermittelt. Hierdurch fokusiert das Mikrophonarray häufig auf eine falsche Position und die Messergebnisse der Quelllokalisierung der Lärmquelle sind praktisch nicht brauchbar.A Another known method for determining the noise sources of an aircraft in overflight is in Piet, J.F. et al. "Localization of the Acoustic Sources of the A340 with Large Phased Microphone Array during Flight Tests ", American Institute of Aeronautics and Astronautics, Paper 2002-2506, p. 1-11 described. Therein, the use of a microphone array is provided. The noise measurement is there with a very accurate determination of the aircraft position and the aircraft location connected by GPS data or by radar technology he follows. The accuracy should be in the order of magnitude of the wavelength. Disadvantage of this known method is that electromagnetic Waves used to determine the position of the aircraft, the not the change the local speed of sound due to atmospheric fluctuations such as wind, Temperature, etc. are subjected. The disadvantage of position determination By means of GPS, radar, radio, etc., it is therefore that electromagnetic Waves are used. These electromagnetic waves are spreading different than the sound waves to be measured, d. H. it will indeed determines the geometric position exactly, but the relevant "acoustic" position becomes only inaccurately determined. This often focuses the microphone array an incorrect position and the results of the source localization the source of noise are practically unusable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen des Standes der Technik zu vermeiden und eine verbesserte Lösung zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich z. B. in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Außerdem soll durch die Erfindung ferner eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verfügung gestellt werden, die auf den Zugriff externer Messstationen, wie beispielsweise Radarstationen verzichtet.Of the The invention is therefore based on the object, the disadvantages of the known solutions to avoid the prior art and an improved solution to Locate sources of noise one z. B. in large Distance moving vehicle to provide. It should also by the invention further provides a simple and inexpensive solution are the access to external measuring stations, such as Radar stations omitted.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein System zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a Method for locating sources of noise at a great distance moving vehicle with the features of claim 1 and a system for locating sources of noise at a great distance moving vehicle with the features of claim 10. advantageous Embodiments and developments of the solution according to the invention are in the dependent claims specified.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in einer Entfernung bewegenden Fahrzeugs, weist dabei folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen eines Arrays mit akustischen Sensoren;
- – Bereitstellen von akustischen Sendern am Fahrzeug zum Erzeugen eines orthogonalen Referenzsignals;
- – Synchronisation der akustischen Sender und der akustischen Sensoren mit einer absoluten Referenzzeit;
- – Korrelation der empfangenen Signale mit den Referenzsignalen;
- – Bestimmen der absoluten akustischen Lage der Geräuschquellen sowie der relativen Orientierung der Geräuschquellen durch Triangulation.
- - providing an array with acoustic sensors;
- - Providing acoustic transmitters on the vehicle for generating an orthogonal reference signal;
- - synchronization of the acoustic transmitters and the acoustic sensors with an absolute reference time;
- - Correlation of the received signals with the reference signals;
- - Determining the absolute acoustic position of the noise sources and the relative orientation of the noise sources by triangulation.
Hierdurch werden die Nachteile der bekannten Lösungen des Standes der Technik vermieden und eine verbesserte Lösung zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich entfernt bewegenden Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Außerdem wird durch die Erfindung eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verfügung gestellt, die auf den Zugriff externer Messstationen, wie beispielsweise Radarstationen, verzichtet. Das Fahrzeug kann sich insbesondere in relativ großer Entfernung befinden, beispielsweise wenn es sich um ein vorbei fliegendes Flugzeug handelt, oder es kann sich in relativ geringer Entfernung befinden, beispielsweise im Fall einer Nahmessung an einem Hubschrauber, wobei z. B. auch Strömung einwirkt.hereby become the disadvantages of the known solutions of the prior art avoided and an improved solution for locating noise sources a remotely moving vehicle provided. Furthermore The invention provides a simple and cost-effective solution to disposal placed on the access of external measuring stations, such as Radar stations, omitted. In particular, the vehicle can in relatively large Distance, for example, if it is a passing aircraft or it may be located at a relatively short distance, for example, in the case of a close measurement on a helicopter, wherein z. B. also flow acts.
Erfindungsgemäß werden für die Ortung und für die Lagebestimmung, d. h. für den Drehwinkel bzw. die Orientierung, akustische Referenzquellen verwendet. Diese senden orthogonale akustische Signalfolgen aus. Diese Signalfolgen können beispielsweise Chirpsignale, Barkercodes, Goldcodes, etc. sein. Mittels dieser Referenzsignale kann dann die akustische Position des Fahrzeugs exakt bestimmt werden. Ein besonderer Vorteil ist dabei, dass sowohl die Ortungssignale als auch das Mess-System auf akustischer Ausbreitung beruhen. Das heißt, die Ortung berücksichtigt automatisch alle Phänomene der atmosphärischen Wellenausbreitung bzw. Boden- und Geländeeffekte wie Reflexionen, etc., und lässt damit eine exakte Positionsbestimmung zu. Ferner sind keine zusätzlichen Mess- oder Hilfssysteme nötig. Insbesondere entfällt die Bestimmung der Absolutposition bei spielsweise mittels Radar, da für das erfindungsgemäße Verfahren die Bestimmung der akustischen Relativposition ausreicht.According to the invention for the Location and for the orientation, d. H. For the angle of rotation or orientation, acoustic reference sources used. These send out orthogonal acoustic signal sequences. These signal sequences can for example, chirp signals, bar codes, gold codes, etc. By means of these reference signals then the acoustic position of the vehicle can be determined exactly. A special advantage is in that both the locating signals and the measuring system on acoustic Spread. This means, the location taken into account automatically all phenomena the atmospheric Wave propagation or ground and terrain effects such as reflections, etc., and lets it go an exact position determination too. Furthermore, there are no additional ones Measuring or auxiliary systems required. In particular, deleted the determination of the absolute position for example by means of radar, for this the inventive method the determination of the acoustic relative position is sufficient.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die akustischen Sensoren als Mikrofone ausgebildet sind. Diese haben sich bei der Geräuschmessung als zuverlässig und vielseitig erwiesen. Insbesondere lassen Mikrofone die Messung weiter Frequenzbereiche zu und bieten somit eine Fülle an Rohdaten zur weiteren Auswertung.A advantageous development of the invention provides that the acoustic Sensors are designed as microphones. These have turned up at the noise measurement as reliable and versatile. In particular, microphones allow the measurement to continue Frequency ranges and thus provide a wealth of raw data for further Evaluation.
Noch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die orthogonalen Referenzsignale unterschiedlich kodiert sind. Hierdurch lassen sich die Referenzsignale einzelnen Bauteilen am Fahrzeug und somit definierten Positionen zuordnen.Yet An advantageous development of the invention provides that the orthogonal reference signals are coded differently. hereby The reference signals can be individual components on the vehicle and thus assign defined positions.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die akustischen Sender als Lautsprecher oder andere geeignete elektromechanische Wandler ausgebildet sind, deren Ausdehnung klein gegenüber der jeweiligen Wellenlänge ist. Hier kommen insbesondere kleine Bauarten zur Anwendung, damit die Sender nicht das Strömungsverhalten ungünstig beeinflussen.A Further advantageous development of the invention provides that the acoustic transmitters as speakers or other suitable electromechanical Transducers are formed whose extension is small compared to the respective wavelength is. Here, in particular, small designs are used, so the transmitters do not have the flow behavior unfavorable influence.
Noch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest drei Sender am Fahrzeug vorgesehen sind. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise eine Positionsbestimmung durchführen, die bei weniger als drei Sendern aufwändiger ist.Yet A further advantageous embodiment of the invention provides that at least three transmitters are provided on the vehicle. hereby settles in easy to perform a position determination that is less than three Transmitters is more complex.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das sich bewegende Fahrzeug ein Flugobjekt, insbesondere ein Flugzeug, im Überflug ist. Hier kommt die Erfindung besonders zum Tragen, da die Entfernungen zwischen Fahrzeug und Array hier besonders groß sind. Aber auch Geräuschquellen von in der Ferne vorüberfahrende Land- oder Wasserfahrzeuge können vorteilhaft mit diesem Verfahren lokalisiert werden.Further provides an advantageous development of the invention that the moving vehicle a flying object, especially an airplane, in overflight is. This is where the invention comes into its own, as the distances between the vehicle and the array are particularly large here. But also noise sources from passing by in the distance or watercraft can advantageously be located with this method.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Blickrichtung des Arrays über eine Zeitverzögerung an jedem akustischen Sensor gesteuert wird. Dies wird von einer Auswertungseinrichtung gesteuert.A Another advantageous embodiment of the invention provides that the viewing direction of the array over a time delay is controlled at each acoustic sensor. This is from a Controlled evaluation device.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Kreuzkorrelation aus der Orthogonalfolge des Signals und einem Mustervergleich erfolgt. Hierdurch lassen sich die Messergebnisse verfeinern bzw. verifizieren.A advantageous development of the invention provides that a cross-correlation from the orthogonal sequence of the signal and a pattern comparison. This allows the measurement results to be refined or verified.
Schließlich sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass eine Bestimmung der Dämpfung der Signale durch die Ausbreitung aufgrund der orthogonalen Referenzsignale erfolgt. Es wird also durch Verwendung von Normquellen, d. h. durch Leistungsnormierung, auch die Dämpfung des Signals durch die Ausbreitung bestimmt.Finally sees an advantageous embodiment of the invention that a determination the damping the signals due to the propagation due to the orthogonal reference signals he follows. Thus, by using standard sources, i. H. by Power normalization, also the damping of the signal determined by the propagation.
Ein erfindungsgemäßes System zum Lokalisieren von Geräuschquellen eines sich in großer Entfernung bewegenden Fahrzeugs weist ein Array mit akustischen Sensoren, akustische Sender am Fahrzeug zum Erzeugen von orthogonalen Referenzsignalen und eine Auswertungseinheit auf. Dabei kann die Auswertungseinheit als digitale Recheneinheit mit Echtzeitbetrieb ausgestaltet sein.One inventive system for locating noise sources one in big Distance moving vehicle has an acoustic array Sensors, acoustic transmitters on the vehicle for generating orthogonal Reference signals and an evaluation unit. It can the Evaluation unit as a digital computing unit with real-time operation be designed.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Flugzeugs im Überflug über ein entsprechendes Messfeld.Further the invention improving measures will be described below together with the description of a preferred embodiment the invention with reference to the attached Figure closer shown. The figure shows a schematic perspective view of an aircraft in overflight over a corresponding measuring field.
Darin
ist schematisch ein Flugzeug
Am
Flugzeug
Die
orthogonalen Referenzsignale
Durch
Korrelation der empfangenen Signale
Neben
den Referenzsignalen
Da
die Messung und Ortung der Referenzsignale
Das
Mikrofonarray
Die
Synchronisation der Sender
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der in den Patentansprüchen beanspruchten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The Restricted invention in their execution not to the preferred embodiment given above. Rather, a number of variants are conceivable, which of the in the claims claimed solution also in other types Use.
- 11
- Flugzeugplane
- 22
- Mikrofonarraymicrophone array
- 33
- Mikrofonmicrophone
- 44
- Sendertransmitter
- 55
- Sendertransmitter
- 66
- Sendertransmitter
- 77
- Referenzsignalreference signal
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