[發(fā)明專利]一種多旋翼無(wú)人機(jī)的微多普勒譜相關(guān)矩陣特征提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010152760.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111273285B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周代英;李糧余;張同夢(mèng)雪;胡曉龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S7/41;G06K9/62
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于多旋翼無(wú)人機(jī)分類技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多旋翼無(wú)人機(jī)的微多普勒譜相關(guān)矩陣特征提取方法。本發(fā)明首先通過(guò)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)旋翼的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換(STFT)，獲得微多普勒譜數(shù)據(jù)，然后利用微多普勒譜數(shù)據(jù)提取相關(guān)矩陣特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)的識(shí)別。由于提取的相關(guān)矩陣特征一方面只包含旋轉(zhuǎn)葉片上強(qiáng)散射點(diǎn)的微多普勒信息，同時(shí)降低了噪聲強(qiáng)度，因此，與從時(shí)頻譜數(shù)據(jù)中提取的物理參數(shù)特征比較，對(duì)噪聲具有更好的魯棒性，即使在較低信噪比的情況下，也可以獲得更高的識(shí)別率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多旋翼無(wú)人機(jī)分類技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多旋翼無(wú)人機(jī)的微多普勒譜相關(guān)矩陣特征提取方法。

背景技術(shù)

無(wú)人機(jī)是一種特殊類型的空中目標(biāo)，隨著軍事時(shí)代的進(jìn)步，需要迅速分類出它們是哪一種機(jī)型，是偵察機(jī)、誘餌、電子對(duì)抗、通信中繼、靶機(jī)還是無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)，對(duì)戰(zhàn)略調(diào)整有著重要意義。由于無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛的其物理尺寸比較小，目前通過(guò)高分辨率雷達(dá)一維距離像(HRRP)對(duì)它們進(jìn)行分類得到的分類率不高，因?yàn)樾枰獊喞迕准?jí)的分辨率來(lái)捕捉小于100cm 的目標(biāo)空間結(jié)構(gòu)，而且當(dāng)目標(biāo)視線角有較小變化時(shí)，一維距離像會(huì)產(chǎn)生大的變化，不利于對(duì)無(wú)人機(jī)的可靠識(shí)別。

由于多旋翼無(wú)人機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和不同的部件結(jié)構(gòu)(如槳葉的長(zhǎng)度、數(shù)目等有差異)，將形成具有明顯差異的微多普勒譜，因此通過(guò)提取微多普勒特征可實(shí)現(xiàn)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)的分類識(shí)別。

目前對(duì)無(wú)人機(jī)的分類方法主要包括兩類：第一類方法主要將無(wú)人機(jī)的微多普勒譜作為一幅二維圖像，采用圖像識(shí)別方法完成無(wú)人機(jī)的識(shí)別，但是這類方法在較低信噪比的情況下，其正確識(shí)別率明顯下降；第二類方法主要從時(shí)頻譜圖提取出運(yùn)動(dòng)部件的物理參數(shù)(如葉片數(shù)、旋翼的長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速等)進(jìn)行分類識(shí)別，但這類方法仍然容易受噪聲的影響，在較低信噪比下，無(wú)法進(jìn)行特征的準(zhǔn)確提取，導(dǎo)致識(shí)別性能降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要內(nèi)容是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種微多普勒譜相關(guān)矩陣特征提取方法，通過(guò)從無(wú)人機(jī)回波數(shù)據(jù)的微多普勒譜中提取相關(guān)矩陣特征。

為便于理解，對(duì)本發(fā)明依據(jù)的原理進(jìn)行以下說(shuō)明：

設(shè)旋翼總數(shù)目為A，單個(gè)旋翼總的葉片數(shù)目為B，旋翼葉片長(zhǎng)度為L(zhǎng)，雷達(dá)到第a個(gè)旋翼中心的距離為R_0a,第a個(gè)旋翼葉片的高度表示為z_0a,雷達(dá)到第a個(gè)旋翼中心的俯仰角表示為β_a(近似等于雷達(dá)到無(wú)人機(jī)軸中心的俯仰角,即β₁＝β₂＝…＝β_A＝β)，第a個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)動(dòng)角頻率為Ω_a，第a個(gè)旋翼的初始旋轉(zhuǎn)角為多旋轉(zhuǎn)旋翼的回波模型如下：

其中

第a個(gè)旋翼的第k個(gè)葉片的等效瞬時(shí)微多普勒頻率為對(duì)式(2)求時(shí)間倒數(shù)得到：

由式(3)可知，多旋翼無(wú)人機(jī)微多普勒特征是由A×B條正弦形式的曲線組成，當(dāng)無(wú)人機(jī)只有旋翼數(shù)目的差別時(shí)，若載頻、旋翼轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)、葉片長(zhǎng)度、初始相位和俯仰角都相同的，則它們的時(shí)頻譜圖將是一樣的。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多旋翼無(wú)人機(jī)的微多普勒譜相關(guān)矩陣特征提取方法，包括以下步驟：

S1、獲取多旋翼無(wú)人機(jī)的多普勒信號(hào)后，通過(guò)下式計(jì)算不同時(shí)刻t的多普勒頻譜：

其中，S(f,t)為時(shí)刻t的多普勒頻譜，w(m)是長(zhǎng)度為M的平滑窗口，例如可以利用漢明窗，N為信號(hào)的長(zhǎng)度，f為頻率指數(shù)，D是連續(xù)傅里葉長(zhǎng)度的重疊，譜圖的維數(shù) S∈R^M×Q,

將不同時(shí)刻的S(f,t)組成矩陣X∈R^M×Q：