[發(fā)明專利]一種基于微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率雷達(dá)測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211024590.2
• 申請(qǐng)日: 2022-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN115469304A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李佳祎;陸睿民;張?zhí)烊?/a>;于騰;胡程;王銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S7/41
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李愛英

本發(fā)明涉及雷達(dá)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率雷達(dá)測(cè)量方法。本發(fā)明的一種基于微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率測(cè)量方法，為昆蟲振翅頻率測(cè)量提供了一種有效的測(cè)量手段。相比于現(xiàn)有的昆蟲振翅頻率測(cè)量方法，本方法可大幅提高低信噪比條件下昆蟲回波的振翅頻率測(cè)量精度和測(cè)量成功率，用于解決低信噪比下昆蟲振翅頻率無法精確測(cè)量的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率雷達(dá)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

我國是全球最重要的昆蟲遷飛場(chǎng)，水稻、小麥、玉米等作物的重大遷飛性害蟲均在我國遠(yuǎn)距離遷飛，是造成蟲害異地爆發(fā)的重要原因，嚴(yán)重威脅國家糧食生產(chǎn)安全。遷飛蟲害精準(zhǔn)預(yù)警的核心是要獲取昆蟲遷飛行為的精確測(cè)量，雷達(dá)通過發(fā)射和接收電磁波來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)，可以在不影響昆蟲遷飛的前提下，實(shí)現(xiàn)遷飛行為的大空域、遠(yuǎn)距離探測(cè)，是實(shí)現(xiàn)昆蟲遷飛行為監(jiān)視的最有效手段。

振翅行為是昆蟲實(shí)現(xiàn)遷飛行為的必要條件，其振翅頻率反映了昆蟲在飛行過程中翅膀上下拍動(dòng)的快慢，是衡量昆蟲飛行能力的重要行為學(xué)參數(shù)之一，并且可用于實(shí)現(xiàn)不同昆蟲的種類辨識(shí)。傳統(tǒng)昆蟲雷達(dá)測(cè)量振翅頻率主要基于昆蟲振翅引起的回波幅度或者相位起伏。基于回波幅度起伏的振翅頻率測(cè)量方法的成功率和精度易受回波信噪比、振翅幅度的影響，僅適用于中大型昆蟲的振翅頻率測(cè)量；基于相位起伏的振翅頻率測(cè)量方法，利用回波相位信息，大幅提升了振翅頻率測(cè)量精度，但依舊面臨著低信噪比下的測(cè)量成功率與精度低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率雷達(dá)測(cè)量方法，該方法首先采用時(shí)頻分析的方法，將雷達(dá)采集到的昆蟲回波變換到微多普勒參數(shù)空間，得到微多普勒譜圖；進(jìn)而，采用Generalized Radon Fourier Transform(GRFT)參數(shù)空間搜索的方法，將微多普勒譜圖轉(zhuǎn)換到振翅參數(shù)(振翅頻率/振翅幅度)平面，并在此過程中實(shí)現(xiàn)低昆蟲微弱振翅回波的長時(shí)間相參積累；最終，通過檢測(cè)振翅參數(shù)平面的峰值，最終實(shí)現(xiàn)昆蟲振翅頻率的提取。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率雷達(dá)測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟一：對(duì)昆蟲雷達(dá)回波進(jìn)行時(shí)頻分析，獲取昆蟲的微多普勒譜圖；

步驟二：根據(jù)步驟一獲取的昆蟲的微多普勒譜圖進(jìn)行GRFT參數(shù)空間搜索，獲取昆蟲的振翅參數(shù)平面；

步驟三：對(duì)步驟二獲取的振翅參數(shù)平面進(jìn)行峰值檢測(cè)，得到昆蟲的振翅幅度和振翅頻率，完成基于微多普勒參數(shù)空間搜索的昆蟲微弱振翅頻率雷達(dá)測(cè)量。

所述的步驟一中，昆蟲雷達(dá)回波為：

其中，k為與雷達(dá)參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，σ₀為昆蟲未振翅時(shí)的雷達(dá)散射截面積(RadarCross Section)，η為昆蟲振翅所引起的RCS起伏與未振翅時(shí)的RCS之比，t是回波時(shí)間，f_w為昆蟲振翅頻率，A_w為昆蟲振翅幅度；

獲取的昆蟲的微多普勒譜圖S(τ,f)為：

其中，τ為微多普勒譜圖時(shí)間，f為微多普勒譜圖頻率，T_w為時(shí)頻分析時(shí)窗；

進(jìn)行時(shí)頻分析時(shí)采用短時(shí)傅里葉變換方法，將雷達(dá)采集到的昆蟲回波變換到時(shí)間-多普勒域；

所述的步驟二中，獲取昆蟲的振翅參數(shù)平面的方法為：