[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

本發明公開了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。本發明為了盡可能逼真地模擬鳥模型形狀，該三維立體模型并沒有采用傳統的規則幾何體模型。而是考慮了鳥結構，更為逼真的仿真鳥模型。此外，本發明還考慮到撲翼姿態多樣化，建立了不同撲翼狀態鳥類目標三維電磁散射模型，根據該模型模擬鳥模型，進而保證結果更貼近真實情況。

技術領域

本發明屬于探鳥雷達技術領域，具體涉及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。

背景技術

遷飛是動物對棲息地資源發生偶然性或季節性變化時的一種適應性行為，鳥類的遷徙長期以來都是人類最感興趣的自然現象之一。探鳥雷達為監視和研究鳥類遷徙活動提供了強有力的工具。探鳥雷達能夠對一定范圍內的空域進行360°全方位掃描，通過雷達照射目標后產生的回波可以獲取鳥類的質量、振翅頻率等生物學參數和飛行速度、方向、高度等行為學參數。準確地獲取鳥類的生物學參數和行為學參數，將顯著提高雷達對鳥類目標的識別能力，從而實現鳥類遷飛的監測與預警。

鳥的飛行狀態主要有振翅，滑行，跳躍三種模式，其中鳥類振翅是最典型的飛行模式。鳥類振翅頻率是表征其飛行特征的重要參數，研究表明，振翅頻率可反推獲得鳥類目標質量、翼展等生物學參數。因此，對鳥類振翅頻率的研究有利于鳥目標質量、翼展等生物學參數的提取，這對于鳥目標識別與鳥類遷飛的監測具有重要意義。

鳥類目標的生物學參數與其目標電磁散射特性有關，雷達散射截面積(RadarCross?Section,RCS)是表征目標電磁散射特性的重要特征參數，獲取鳥類目標的電磁散射特性對于雷達目標的識別及目標特征參數的提取具有重要的意義。目標電磁散射特性的獲取有實驗測量和電磁軟件仿真兩種方式。實驗測量RCS操作復雜，難以得到全部方位角、俯仰角及極化方向下的生物目標RCS數據信息，并且測量的準確性也難以保證。因此對鳥類目標進行散射建模并利用電磁仿真軟件進行散射特性仿真，可以為鳥類目標識別和生物學參數提取提供更加全面的電磁散射特性信息。

對于鳥類目標振翅頻率，主要采用對其微多普勒回波進行時頻分析方法獲得。P.VanDorp對人體步態模型的微多普勒回波進行了建模分析，并提取了人體步態頻率。在此基礎上，V.C?Chen等人建立鳥類撲翼的微多普勒回波模型，并利用時頻變換提取其振翅頻率。研究中的人體模型和鳥類模型都使用橢球和球體等簡單模型構造，其RCS主要利用簡單模型的理論公式獲取。然而由于鳥結構的復雜，這種方式不是十分準確。另一種方法是研究目標動態RCS，從中提取鳥類目標振翅頻率等動態信息。對于目標靜態及動態電磁散射特性的仿真，國內外均有相關研究。美國俄克拉荷馬大學對巴西犬吻蝠的靜態電磁散射特性進行了仿真及實測驗證，國內對于目標電磁仿真研究主要集中在導彈、飛機等大型目標上，研究重點主要集中在目標動態電磁散射特性仿真上。而對于鳥類微小生物目標的電磁散射特性國內外研究甚少，對于鳥類模型微多普勒模型的構造也缺乏相應的鳥類目標全極化全方向RCS等電磁散射特性信息。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了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。為高精度仿真鳥類目標飛行過程中的微多普勒回波及準確提取鳥目標振翅頻率提供了一種有效的手段，解決了實驗測量的全方位角電磁散射數據稀缺的問題。

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，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；