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科技信息: 通过一个扬声器和4个麦克风 无人机可以像蝙蝠一样进行回声定位

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与蝙蝠利用回声定位来定位周围环境类似,数学家们发现,在代数和几何的帮助下,麦克风和无人机上的扬声器也可以做到这一点。

普渡大学(Purdue University)数学、电气和计算机工程副教授米瑞尔•“米米”•布廷(Mireille“Mimi”Boutin)表示,这种信号处理研究可能会应用于人类、水下航行器甚至汽车。

布托和慕尼黑科技大学数学系的算法代数教授格里高尔·坎珀(Gregor Kemper),利用无人机上的麦克风接收到的回声,致力于重建房间的墙壁布局。

当麦克风听到回声时,声音产生的时间和听到的时间之间的时间差被记录下来。时间差显示的是声音撞击墙壁后所走过的距离。

挑战在于确定哪一段距离对应哪一堵墙,这个过程被称为回声。对回声进行准确的分类,可以确保所有听到的墙壁都是真实存在的。这样,算法就不会产生“幽灵”墙。

这项研究与工程中的两个互补问题直接相关:本地化(确定您在环境中的位置)和映射(确定环境的形状)。

由Boutin和Kemper完成的研究证明,只需将四个麦克风按非平面形状排列,再加上一个只发出一个信号的扬声器,就可以重建一个房间。他们的研究成果发表在《暹罗应用代数与几何杂志》上。

下一步将考虑其他场景,例如当无人机的移动受到限制时,或者当无人机在移动时听到连续声音的回声时。

实际上,这种回声定位研究可以应用于许多方面。这种装置可以由一个人携带,贴在汽车上,甚至可以在水下使用。有更多的信号输入可以防止仅仅依靠一种类型的输入,如汽车备份摄像头,并提高在更广泛的条件下更准确地探测物体的机会。

“许多工程应用需要大量的数学,有时你需要使用数学领域中被认为是抽象的工具——在这种情况下,是来自交换代数的方法,”Boutin说。

“它被认为是数学中非常抽象的一部分,但它适用于非常实际的工程问题。这表明,应用数学和抽象数学之间的界限是多么模糊,而工程学确实是一门多学科的学科。”

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