[發(fā)明專利]太赫茲頻段單旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)特性微多普勒特征提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811258166.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN109633629B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮明;高鵬程;張?jiān)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海無(wú)線電設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S7/41
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 包姝晴;徐雯瓊

本發(fā)明是提供一種太赫茲頻段的單旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)特性微多普勒特征提取方法。雷達(dá)接收到的含有噪聲的旋翼無(wú)人機(jī)回波信號(hào)，微多普勒特征淹沒(méi)在雜波中。本發(fā)明的技術(shù)方案是提取時(shí)域回波的閃爍時(shí)刻信號(hào)及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的時(shí)頻域閃爍特征，計(jì)算得到旋翼的旋轉(zhuǎn)速度；通過(guò)回波信號(hào)的時(shí)頻圖和時(shí)域閃爍信號(hào)的時(shí)頻圖的相近值合并，得到去掉雜波的回波信號(hào)的時(shí)頻圖的閃爍特征，恢復(fù)微多普勒特征。本發(fā)明從含有背景噪聲的回波中提取微多普勒特征，為旋翼無(wú)人機(jī)的探測(cè)、成像和識(shí)別提供了重要方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)的時(shí)頻分析和雷達(dá)微多普勒特征分析技術(shù)，具體涉及微小型旋翼無(wú)人機(jī)葉片的微多普勒特征提取方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)到達(dá)目標(biāo)并接收目標(biāo)的回波信號(hào)，如果目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，接收信號(hào)的頻率將偏離發(fā)射信號(hào)的頻率，稱為多普勒效應(yīng)。如果目標(biāo)除了目標(biāo)主體運(yùn)動(dòng)外，目標(biāo)或目標(biāo)部件還有微運(yùn)動(dòng)，那么這種微運(yùn)動(dòng)將在回波信號(hào)上引起附近的頻率調(diào)制，并在目標(biāo)主體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)多普勒偏移頻率附近產(chǎn)生邊頻。這種附加的頻率調(diào)制稱為微多普勒效應(yīng)，多普勒頻率附近的邊頻稱為微多普勒頻率。微多普勒特征是微小型旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)特性的重要特性。

文獻(xiàn)“直升機(jī)旋翼葉片回波建模與特性分析，空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，29(5)：322-327”和文獻(xiàn)“旋翼葉片回波建模與閃爍現(xiàn)象機(jī)理分析，物理學(xué)報(bào)，2016，65(13)：138401”建立了直升機(jī)旋翼葉片的回波模型，并分析了回波的時(shí)域閃爍和時(shí)頻域閃爍的機(jī)理，時(shí)域閃爍時(shí)刻與時(shí)頻域的閃爍時(shí)刻是一一對(duì)應(yīng)的，閃爍的原因是葉片與雷達(dá)波束垂直，此時(shí)有鏡面反射的存在，導(dǎo)致雷達(dá)回波較強(qiáng)。如果葉片是偶數(shù)個(gè)，那么旋翼在旋轉(zhuǎn)時(shí)必然有兩個(gè)葉片垂直雷達(dá)波束，其中一個(gè)葉片靠近雷達(dá)，另一個(gè)葉片遠(yuǎn)離雷達(dá)，就會(huì)產(chǎn)生大小相等的相位相反的微多普勒頻率，在時(shí)頻圖上直觀體現(xiàn)為閃爍關(guān)于0頻對(duì)稱。葉片的數(shù)目、葉片的長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)頻率以及雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率都影響微多普勒特征。

專利申請(qǐng)CN107167801A公開了一種基于旋翼微多普勒特征的多旋翼無(wú)人機(jī)識(shí)別方法，其技術(shù)方案是根據(jù)接收到的雷達(dá)回波信號(hào)，提取旋翼的微多普勒特征，獲得目標(biāo)多旋翼無(wú)人機(jī)的旋翼數(shù)量、旋翼的旋轉(zhuǎn)速度和葉片長(zhǎng)度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)的識(shí)別。統(tǒng)計(jì)時(shí)域回波的閃爍次數(shù)，根據(jù)旋翼的葉片數(shù)計(jì)算得到旋翼數(shù)量，并根據(jù)閃爍周期計(jì)算得到旋翼的旋轉(zhuǎn)速度，根據(jù)最大微多普勒頻率計(jì)算得到葉片長(zhǎng)度。此技術(shù)方案中旋翼的葉片數(shù)目是已知的，只能識(shí)別特定類型的旋翼無(wú)人機(jī)；另外雷達(dá)回波中通常含有環(huán)境噪聲，會(huì)淹沒(méi)微多普勒特征，很難估算微多普勒的最大頻率。

專利申請(qǐng)CN105678781A公開了一種基于邊緣檢測(cè)的目標(biāo)微多普勒特征分離方法，其核心思想是將信號(hào)處理轉(zhuǎn)移到圖像處理領(lǐng)域，具體方法為對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行偽Winger-Ville處理，得到回波信號(hào)的時(shí)頻分布矩陣；時(shí)頻矩陣對(duì)應(yīng)時(shí)頻圖，將時(shí)頻圖進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)和邊緣銳化處理，對(duì)處理后的時(shí)頻圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并基于邊緣斜率慣性原則對(duì)兩個(gè)分量對(duì)應(yīng)的目標(biāo)微多普勒特征進(jìn)行分離和邊界提取，由此計(jì)算目標(biāo)微多普勒特征參數(shù)。其技術(shù)方案要求環(huán)境噪聲只能稍微污染微多普勒特征，而不能淹沒(méi)微多普勒特征，這在實(shí)際中是不存在的，即使經(jīng)過(guò)濾波處理，也不能濾除低頻信號(hào)，因?yàn)槲⒍嗥绽仗卣魇菑?頻到最大微多普勒頻率之間的所有頻率。

本發(fā)明將突破微小型旋翼無(wú)人機(jī)很小的雷達(dá)散射截面(RCS)無(wú)法被雷達(dá)根據(jù)RCS特性探測(cè)、常規(guī)頻率雷達(dá)不能探測(cè)到微小型旋翼無(wú)人機(jī)的微多普勒特性以及微多普勒特性淹沒(méi)在環(huán)境噪聲中的局限性，在太赫茲頻段分析提取單旋翼無(wú)人機(jī)葉片的微多普勒特征，為旋翼無(wú)人機(jī)的探測(cè)、成像和識(shí)別提供了新的思路和方法。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有探測(cè)微小型旋翼無(wú)人機(jī)方法的不足，本發(fā)明提出一種太赫茲頻段的單旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)特性微多普勒特征提取方法，克服了微小型旋翼無(wú)人機(jī)微多普勒頻率低、微多普勒特征淹沒(méi)在環(huán)境噪聲中導(dǎo)致無(wú)法探測(cè)的問(wèn)題。本發(fā)明方法發(fā)射的電磁波頻率在太赫茲頻段，能夠探測(cè)到旋翼無(wú)人機(jī)葉片產(chǎn)生的微多普勒特征；另外本發(fā)明方法根據(jù)時(shí)域回波和回波的時(shí)頻特點(diǎn)，去除了時(shí)頻圖中的噪聲，更有利于提取最大微多普勒頻率。