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HBK 無人機和 eVTOL噪聲測試方案
2025-09-03
無人機（Unmanned Aerial Systems, UAS）與電動垂直起降飛行器（Electric Vertical Take-off and Landing, eVTOL）的噪聲水平直接影響公眾接受度，對其市場準(zhǔn)入起關(guān)鍵作用。精確測量其噪聲特性至關(guān)重要，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如GB42590-2023、EU 2019/945、歐洲航空安全局EASA 2022指南及ISO 5305:2024《無人機噪聲測量》等對噪聲測試與評價作出規(guī)范與建議。
ISO 5305:2024規(guī)定了記錄最大起飛質(zhì)量（MTOM）小于150kg的旋翼動力無人駕駛飛機系統(tǒng)周圍幾個位置瞬時聲壓時間歷程的方法，明確提出無人機的位置跟蹤精度，同時要求室外測量時記錄氣象參數(shù)。
為此開發(fā)了三個輔助測試方案：（1）室內(nèi)懸停位置跟蹤，適用于實驗室環(huán)境的高精度需求；（2）室外飛行GPS跟蹤，滿足室外大范圍的飛行位置跟蹤要求；（3）室外氣象監(jiān)測，為室外測試提供環(huán)境校正基準(zhǔn)。
HBK 無人機和 eVTOL噪聲測試系統(tǒng)具有如下特點：
? 符合最新GB 42590-2023、ISO 5305:2024等噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)
? 全新Fusion-LN數(shù)據(jù)采集平臺，繼承了LAN-XI平臺的優(yōu)勢，處理能力和帶寬翻倍
? 圖形化配置硬件，自動讀取傳感器TEDS信息
? 傳感器數(shù)據(jù)修正，包括不同聲場環(huán)境和測量角度修正、頻率響應(yīng)修正、風(fēng)罩自動修正等? 實時顯示噪聲級、頻譜和氣象參數(shù)等信息
? 一鍵完成數(shù)據(jù)采集、分析、存儲，快速進(jìn)行數(shù)據(jù)比較
? 依據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)
（1）室內(nèi)懸停位置跟蹤，適用于實驗室環(huán)境的高精度需求
在消聲室進(jìn)行無人機懸停噪聲測試時，精確的位置跟蹤至關(guān)重要，主要用于監(jiān)控?zé)o人機懸停過程中的位置漂移量。ISO5305:2024描述了一種位置跟蹤方案，采用多臺相機組成的高精度跟蹤網(wǎng)絡(luò)，能夠以0.1毫米的分辨率實時跟蹤無人機的三維位置。
HBK噪聲測試方案中包含了位置跟蹤系統(tǒng)，如圖7，在一個3m×3m的測試區(qū)域內(nèi)布置8臺相機，成功實現(xiàn)了對無人機位置的連續(xù)跟蹤。該方案的優(yōu)勢在于不受電磁干擾，且能提供比常規(guī)GPS系統(tǒng)更高的定位精度，特別適合室內(nèi)封閉環(huán)境下的精密聲學(xué)測量。位置跟蹤數(shù)據(jù)與傳聲器聲學(xué)數(shù)據(jù)保持同步，為噪聲源定位和聲場分析提供可靠的空間參考基準(zhǔn)。圖8顯示了某型無人機懸停狀態(tài)的位置測試，連續(xù)測試50秒，被測無人機在X、Y、Z三個方向上的位置漂移均控制在0.05米以內(nèi)，滿足高精度聲學(xué)測量的要求。
無人機位置跟蹤系統(tǒng)示意圖
BK Connect軟件顯示位置信息
（2）室外飛行GPS跟蹤，滿足室外大范圍的飛行位置跟蹤要求；
針對無人機室外巡航噪聲測試，英國民航局（UK CivilAviation Authority）2023年發(fā)布了報告Noise measurementsfrom eVTOL aircraft: A review of available data，建議使用無人機內(nèi)置GPS的定位數(shù)據(jù)來確定其相對于測量傳聲器的位置，位置數(shù)據(jù)的記錄間隔應(yīng)足夠密集，每秒至少更新一次，以確保能準(zhǔn)確描繪整個飛行路徑。
報告進(jìn)一步指出，雖然允許使用無人機內(nèi)部GPS，但采用獨立的機載位置跟蹤系統(tǒng)能提供更好的定位精度。HBK噪聲測試方案集成了小型機載GPS系統(tǒng)，包括與BK Connect軟件的接口。無人機三軸姿態(tài)角無線傳輸至BK Connect軟件，同理GPS位置數(shù)據(jù)也可以通過這種方式傳輸。數(shù)據(jù)的無線通訊距離超過1公里，如圖11。如果更換更大功率天線，還能進(jìn)一步提高通訊距離。這種GPS位置跟蹤系統(tǒng)不僅滿足了基本的位置記錄需求，還能提供飛行速度、飛行姿態(tài)等信息，為噪聲與飛行狀態(tài)的相關(guān)分析提供了更豐富的數(shù)據(jù)維度。
無線通信距離>1公里
BK Connect軟件顯示無人機姿態(tài)信息
（3）室外氣象監(jiān)測，為室外測試提供環(huán)境校正基準(zhǔn)
氣象條件對室外噪聲測試非常關(guān)鍵，溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)會顯著改變聲波的傳播特性。比如，GB 42590-2023規(guī)定當(dāng)室外環(huán)境溫度低于5℃或高于35℃時，測試數(shù)據(jù)無效。因此，精確的氣象監(jiān)測是確保測試數(shù)據(jù)有效性的必要條件。
HBK噪聲測試方案中采用了VAISALA(維薩拉)數(shù)字氣象站，氣象數(shù)據(jù)實時傳輸至BK Connect數(shù)據(jù)采集軟件。這種集成實現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)與聲學(xué)測量的同步采集和關(guān)聯(lián)分析。在實際測試中，氣象站數(shù)據(jù)不僅能實時監(jiān)控測試環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，還能用于后續(xù)的聲學(xué)數(shù)據(jù)修正。
氣象站集成
BK Connect軟件顯示氣象信息
HBK 無人機和 eVTOL噪聲測試系統(tǒng)
系統(tǒng)組成如下，包括高精度傳聲器，F(xiàn)usion-LN / LAN-XI數(shù)據(jù)采集儀，位置跟蹤、GPS、氣象站等輔助設(shè)備，所有信號由BK Connect軟件平臺進(jìn)行采集和分析。
無人機和eVTOL噪聲測試系統(tǒng)組成
HBK傳聲器經(jīng)過丹麥校準(zhǔn)實驗室的校準(zhǔn)，附帶校準(zhǔn)卡片提供完善的校準(zhǔn)信息。附帶Mini-CD包含了頻響數(shù)據(jù)及不同條件下的修正曲線，如不同聲場環(huán)境和測量角度的修正，風(fēng)罩的自動修正，結(jié)合頻響修正Req-X技術(shù)能夠極大擴展傳感器的上限頻率。
HBK傳聲器參數(shù)
| 傳聲器型號 | 前置放大器 | 靈敏度 mV/Pa | 頻率范圍Hz (±2 dB) | 動態(tài)范圍(dB) | 類型 | 供電方式 |
| 4966‐H‐041 | 1706 | 50 | 6.3 - 20 k | 16.5 - 134 | WS2F 1/2”自由場 | CCLD |
| 4954‐A | 集成SMB端口 | 2.8 | 16 - 80 k | 40 - 159 | WS3F 1/4”自由場 | CCLD |
| 4954‐B | 集成10-32 UNF端口 | 2.8 | 16 - 80 k | 40 - 159 | WS3F 1/4”自由場 | CCLD |
| 4192 | 2669-W-004, 具有 TEDS, CIC, VIC | 12.5 | 3.15 - 20 k | 20.7 - 162 | WS2P 1/2”壓力場 | 經(jīng)典 |
Fusion-LN / LAN-XI既可單模塊使用，也可以將多個模塊置于一個機箱或局域網(wǎng)內(nèi)同步采集。POE以太網(wǎng)直接供電，只需一根網(wǎng)線即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和供電。支持PTP精確時間協(xié)議，使用交換機可實現(xiàn)亞微秒級的同步。除3053和3073型模塊之外，所有模塊采用Dyn-X技術(shù)，單一量程160dB動態(tài)范圍。
Fusion-LN數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
BK Connect軟件用于多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理和報告生成?？砂凑詹煌脩舻墓ぷ髁鞒毯腿蝿?wù)而靈活設(shè)置工作流程，并兼容主流聲學(xué)與振動數(shù)據(jù)格式。
BK Connect軟件平臺
艾克賽普公司是HBK湖南合作伙伴，如果您有噪聲振動測試需求或者任何疑問歡迎聯(lián)系0731-84284278，我們將提供免費樣機上門試用和更合適的測試解決方案。
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