[發(fā)明專利]基于渦旋電磁波的旋翼目標(biāo)特征分析及提取方法

有效

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• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112731367B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝躍雷;許強;劉信;蔣平;易國順;鄧涵方;肖瀟;蔣俊正;歐陽繕;廖桂生
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 覃永峰

本發(fā)明公開了基于渦旋電磁波的旋翼目標(biāo)特征分析及提取方法，其特征是，包括如下步驟：S1建立渦旋電磁波對旋翼目標(biāo)的回波數(shù)學(xué)模型；S2回波信號的特征分析；S3分別發(fā)射正負(fù)模態(tài)數(shù)的渦旋電磁波，計算回波信號中的總多普勒；S4和差運算；S5改變渦旋電磁波模態(tài)數(shù)，重復(fù)步驟S3、S4；S6整理微多普勒頻率和旋轉(zhuǎn)多普勒頻率。這種方法能分離出微多普勒頻率和旋轉(zhuǎn)多普勒頻率，對旋翼目標(biāo)的探測和識別準(zhǔn)確率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁渦旋目標(biāo)探測領(lǐng)域，具體是一種基于渦旋電磁波的旋翼目標(biāo)特征分析及提取方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)屬于典型的旋翼目標(biāo)，且無人機(jī)也是典型的“低慢小”目標(biāo)，由于“低慢小”目標(biāo)的飛行速度慢，飛行高度低，散射面積小，導(dǎo)致其雷達(dá)回波的多普勒平移小，當(dāng)無人機(jī)懸停于空中時其多普勒平移為零，普通雷達(dá)根本無法探測。

近年來，人們發(fā)現(xiàn)無人機(jī)旋翼的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生微多普勒頻率，但其產(chǎn)生的微多普勒頻率小，其特征提取較難，僅靠微多普勒頻率來檢測和識別旋翼目標(biāo)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

與傳統(tǒng)的平面波相比，攜帶有軌道角動量的渦旋電磁波具有螺旋的相位波前，渦旋電磁波通過旋翼目標(biāo)時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)多普勒，其旋轉(zhuǎn)多普勒頻率與軌道角動量模態(tài)有關(guān)，理論上，軌道角動量模態(tài)數(shù)有無窮種，發(fā)射不同軌道角動量的渦旋電磁波可獲得不同旋轉(zhuǎn)多普勒頻率，而旋轉(zhuǎn)多普勒中含有旋翼目標(biāo)的多種信息，如旋翼轉(zhuǎn)速，旋翼葉片數(shù)，葉片長度等。

然而，在旋翼目標(biāo)的渦旋電磁回波中既攜帶有微多普勒頻率，也攜帶有旋轉(zhuǎn)多普勒頻率，兩種頻率混疊在一起，為后續(xù)的特征提取造成了阻礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供了一種基于渦旋電磁波的旋翼目標(biāo)特征分析及提取方法。這種方法能分離出微多普勒頻率和旋轉(zhuǎn)多普勒頻率，對旋翼目標(biāo)的探測和識別準(zhǔn)確率高。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種基于渦旋電磁波的旋翼目標(biāo)特征分析及提取方法，包括如下步驟：

S1：建立渦旋電磁波對旋翼目標(biāo)的回波數(shù)學(xué)模型：回波數(shù)學(xué)模型中發(fā)射天線為N個等間距排列的相同陣元組成的圓形陣列，圓形陣列半徑為a，采用單天線接收，設(shè)旋翼目標(biāo)懸停于空中，旋翼目標(biāo)的中心坐標(biāo)為O'(x₀,y₀,z₀)，旋翼上一點P的坐標(biāo)為其中，r為PO'長度，Ω為旋翼轉(zhuǎn)速，圓形陣列在空間中P點處所產(chǎn)生的的電場強度E可表示為如公式(1)所示：

其中，在公式(1)中，r_p(t)為P點到接收天線的距離，φ_p(t)為P點的方位角，θ_p(t)為P點的俯仰角，l為渦旋電磁波模態(tài)數(shù)，J_l(kasinθ_p(t))為l階的第一類貝塞爾函數(shù)，在公式(2)中，R表示接收天線與旋翼目標(biāo)中心的直線距離，θ_O'表示旋翼中心所在的方位角，設(shè)P點處的后向散射系數(shù)為σ_p，則接收天線接收到的回波信號可表示為如公式(4)所示：

而旋翼葉片可看作為N個散射點疊加，則渦旋電磁波對旋翼產(chǎn)生總的回波信號可表示為如公式(5)所示：

對于“低慢小”類型的旋翼目標(biāo)，其旋翼葉片長度一般很小，遠(yuǎn)小于發(fā)射天線到目標(biāo)的距離，故公式(5)可近似表示為如公式(6)所示：