随着无人机技术的普及,无人机被广泛应用于农业、测绘、侦测和航拍等诸多方面,但广泛的应用也引入了更多的问题:不法分子用无人机进行敏感区域的拍摄,比如民用机场和军事设施等。对无人机的实时监测对保障敏感地区的安全十分必要。本文利用麦克风阵列对无人机进行实时定位、跟踪和监测的方法,并在硬件平台上实现了128通道的麦克风阵列,测试了监测性能,论文主要贡献如下:1.分析了几种基于麦克风阵列的定位算法,包括对目标对于麦克风阵列的方位角和俯仰角估计,以及运动单站测量目标距离的方法。对无人机运动时产生的多普勒频移,根据不同通道、不同时刻的接收频率之间的差值测定无人机距离的方法。通过仿真对以上算法进行对比分析,并加以验证。2.分析表明基本的卡尔曼滤波无法完成对无人机的跟踪,因为无人机的运动观测方程是非线性的。通过引入无人机频率状态信息,利用伪线性算法进行非线性化,求解方程得到目标状态估计结果。以增加无人机频率信息量的方式对目标进行跟踪,可以克服纯方位跟踪要求观测站必须作有效机动的限制。3.设计128通道麦克风阵列和数据接收系统,使用转换芯片完成对麦克风收集数据的转换与收集;利用FPGA对系统进行控制,负责数据的预处理和发送。此外对软件设计方案进行介绍,对用户交互界面、软件的整体框架以及功能模块进行阐述。4.通过设计实验,对麦克风阵列进行校准。在周围环境较为安静和嘈杂的条件下对麦克风阵列的探测距离进行测试,测试结果表明阵列能够在一定范围内监测无人机。通过划分网格点,使无人机悬停于点位上,对无人机的定位准确度进行测试,结果表明精度满足要求。本文最后通过在户外放飞无人机对系统性能进行测试。结果表明,在较为良好的信噪比下,该系统能够很好地对无人机进行跟踪,有一定的实用价值,证明了利用声学系统对无人机进行监视具有可行性。