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，對其市場準入起關鍵作用。精確測量其噪聲特性至關重要，國內外相關標準如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范與建議。
ISO 5305:2024規定了記錄最大起飛質量（MTOM）小于150kg的旋翼動力無人駕駛飛機系統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。
為此開發了三個輔助測試方案：（1）室內懸停位置跟蹤，適用于實驗室環境的高精度需求；（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）室外氣象監測，為室外測試提供環境校正基準。
HBK 無人機和 eVTOL噪聲測試系統具有如下特點：
? 符合最新GB 42590-2023、ISO 5305:2024等噪聲測試標準
? 全新Fusion-LN數據采集平臺，繼承了LAN-XI平臺的優勢，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
? 傳感器數據修正，包括不同聲場環境和測量角度修正、頻率響應修正、風罩自動修正等? 實時顯示噪聲級、頻譜和氣象參數等信息
? 一鍵完成數據采集、分析、存儲，快速進行數據比較
? 依據測試標準
（1）室內懸停位置跟蹤，適用于實驗室環境的高精度需求
在消聲室進行無人機懸停噪聲測試時，精確的位置跟蹤至關重要，主要用于監控無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絡，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，如圖7，在一個3m×3m的測試區域內布置8臺相機，成功實現了對無人機位置的連續跟蹤。該方案的優勢在于不受電磁干擾，且能提供比常規GPS系統更高的定位精度，特別適合室內封閉環境下的精密聲學測量。位置跟蹤數據與傳聲器聲學數據保持同步，為噪聲源定位和聲場分析提供可靠的空間參考基準。圖8顯示了某型無人機懸停狀態的位置測試，連續測試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，滿足高精度聲學測量的要求。
無人機位置跟蹤系統示意圖
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年發布了報告Noise measurementsfrom eVTOL aircraft: A review of available data，建議使用無人機內置GPS的定位數據來確定其相對于測量傳聲器的位置，位置數據的記錄間隔應足夠密集，每秒至少更新一次，以確保能準確描繪整個飛行路徑。
報告進一步指出，雖然允許使用無人機內部GPS，但采用獨立的機載位置跟蹤系統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，包括與BK Connect軟件的接口。無人機三軸姿態角無線傳輸至BK Connect軟件，同理GPS位置數據也可以通過這種方式傳輸。數據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，還能進一步提高通訊距離。這種GPS位置跟蹤系統不僅滿足了基本的位置記錄需求，還能提供飛行速度、飛行姿態等信息，為噪聲與飛行狀態的相關分析提供了更豐富的數據維度。
無線通信距離>1公里
BK Connect軟件顯示無人機姿態信息
（3）室外氣象監測，為室外測試提供環境校正基準
氣象條件對室外噪聲測試非常關鍵，溫度、濕度、風速和風向等參數會顯著改變聲波的傳播特性。比如，GB 42590-2023規定當室外環境溫度低于5℃或高于35℃時，測試數據無效。因此，精確的氣象監測是確保測試數據有效性的必要條件。
HBK噪聲測試方案中采用了VAISALA(維薩拉)數字氣象站，氣象數據實時傳輸至BK Connect數據采集軟件。這種集成實現了氣象數據與聲學測量的同步采集和關聯分析。在實際測試中，氣象站數據不僅能實時監控測試環境是否符合標準要求，還能用于后續的聲學數據修正。
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
系統組成如下，包括高精度傳聲器，Fusion-LN / LAN-XI數據采集儀，位置跟蹤、GPS、氣象站等輔助設備，所有信號由BK Connect軟件平臺進行采集和分析。
無人機和eVTOL噪聲測試系統組成
HBK傳聲器經過丹麥校準實驗室的校準，附帶校準卡片提供完善的校準信息。附帶Mini-CD包含了頻響數據及不同條件下的修正曲線，如不同聲場環境和測量角度的修正，風罩的自動修正，結合頻響修正Req-X技術能夠極大擴展傳感器的上限頻率。
HBK傳聲器參數
| 傳聲器型號 | 前置放大器 | 靈敏度 mV/Pa | 頻率范圍Hz (±2 dB) | 動態范圍(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內同步采集。POE以太網直接供電，只需一根網線即可實現數據傳輸和供電。支持PTP精確時間協議，使用交換機可實現亞微秒級的同步。除3053和3073型模塊之外，所有模塊采用Dyn-X技術，單一量程160dB動態范圍。
Fusion-LN數據采集系統
BK Connect軟件用于多通道數據采集、數據處理、數據管理和報告生成。可按照不同用戶的工作流程和任務而靈活設置工作流程，并兼容主流聲學與振動數據格式。
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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