[發明專利]一種基于鳥類電磁散射模型提取振翅頻率的仿真驗證方法

在審

• 申請號: 201810804856.2
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN109190149A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 王銳;胡程;郎添嬌;李衛東;龍騰;曾濤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;高燕燕

1.一種基于鳥類電磁散射模型提取振翅頻率的仿真驗證方法，其特征在于，具體實現方法為：

步驟一、分別建立鳥體兩翅膀的多撲翼姿態下鳥類目標電磁散射模型，并基于鳥類目標電磁散射模型建立鳥類目標不同撲翼狀態的三維立體模型；并將所述三維立體模型導入CST電磁仿真軟件；在CST電磁仿真軟件中，對發射信號進行極化后發射，獲得仿真情況下各個撲翼狀態下鳥類目標的電磁散射特性信息；

步驟二、根據雷達分別與鳥體兩翅膀肘關節節點和腕關節節點的距離，以及鳥體的兩翅膀在仿真情況下接收到的回波信號，獲得鳥翅膀產生的總微多普勒回波表達式，具體為：

以雷達為坐標原點R，建立雷達視線坐標系(X,Y,Z)，以鳥類目標質心O點為坐標原點，建立鳥體坐標系(x,y,z)；鳥翅膀上任意一點運動分解為隨鳥體飛行的平動和以O點為中心的上下拍動及前后擺動；設鳥類目標飛行速度飛行方向與雷達視線夾角為鳥體坐標原點O相對于雷達的方位角為α，俯仰角為β，鳥體坐標原點O與雷達中心點R距離為R₀；經過時間t₁后，O點運動到O′點；考慮單邊翅膀的情況，設初始時刻肘關節節點為點P₁，腕關節節點為點P₂，OP₁為上臂，OP₂為前臂；上臂中心點為點A，前臂中心點為點B；經過時刻t₁后，鳥體翅膀肘關節節點和腕關節節點先隨鳥體平動至P₁′和P₂′，再進行拍動和擺動至P₁″和P₂″；

t時刻肘關節節點在鳥體坐標系下表示為

腕關節節點在鳥體坐標系下表示為

其中L₁為上臂長度，L₂為前臂長度,上臂撲翼角度為ψ₁，前臂撲翼角度為ψ₂，前臂搖擺角度為

則t₁時刻點坐標表示為

點坐標表示為

點O在雷達坐標系下的坐標為

RO＝(R₀cosβcosα,R₀cosβsinα,R₀sinβ)??????(8)

則經過時間t₁后，鳥體質心O′在雷達坐標系下的坐標為

RO′＝RO+OO′＝(R₀cosβcosα+v_xt₁,R₀cosβsinα+v_yt₁,R₀sinβ+v_zt₁)????(9)

根據式(6)，式(7)得到的P₁″,P₂″在鳥體坐標系下坐標，得到鳥體坐標系下點A″坐標和點B″坐標分別為

因此在雷達坐標系下A″和B″的坐標表示為

則A″和B″距離雷達的距離為

計算鳥類目標微多普勒回波；設發射信號為調頻連續波信號，即t_s時刻，經H極化或V極化后的發射信號s(t_s)表達式為

則接收信號s_r(t_s)表達式為，

s_r(t_s)＝ρ(t_s)G((t_s-τ)/t_p)·exp(jπk_r(t_s-τ)²)·exp(j2πf_cτ)?????(17)

其中t_p為脈沖寬度，B為信號帶寬，f_c為載波頻率，ρ(t_s)為歸一化散射系數，τ為延時，G(t_s/t_p)為以(0,0)為中心，t_p為寬度的矩形窗函數，G((t_s-τ)/t_p)為以(τ,0)為中心，t_p為寬度的矩形窗函數；當雷達與點目標距離為r時，有

因此t₁時刻散射點A″和B″產生的回波s_A″(t₁),s_B″(t₁)分別為

其中ρ₁(t₁)，ρ₂(t₁)為點A″和B″歸一化散射系數；

則單邊翅膀產生的回波為s_r(t₁)＝s₁(t₁)+s₂(t₁)，另一邊翅膀回波同理可求得；

步驟三、將步驟一中獲得的各個撲翼狀態下鳥類目標的電磁散射特性信息代入總微多普勒回波表達式中，獲得鳥類目標微多普勒回波，并從鳥類目標微多普勒回波中提取目標振翅頻率，獲得驗證結果。