[发明专利]基于多普勒效应的隐蔽昆虫探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式隐蔽昆虫运动探测系统，该系统利用微波雷达透射被测目标体，然后运用小波变换对昆虫运动产生的多普勒回波信号的进行分析。结合昆虫运动特性仿真数据，实现隐蔽昆虫种类、位置和运动形态的准确判定。

背景技术

当前非接触式隐蔽昆虫的探测方法有声测法、近红外光谱法、X射线法、电导法和图像识别法等。

声测法可探测钻蛀和非钻蛀昆虫。该方法检测轻便，简单、快速，灵敏度高。但是不能探测粮食中的死虫，受环境噪声干扰较大，不易探测早期成长阶段的幼虫，无法对昆虫的运动形态进行判别。

近红外光谱法是利用不同探测目标体对近红外光的吸收及反射的差异，通过红外成像技术探测目标中隐蔽昆虫，该方法在探测的过程中不需要准备样本，探测速度比较快，而且能够得到昆虫的运动状态。但是对昆虫侵蚀率低的目标无法探测出准确结果；在探测过程中对探测目标的湿度要求比较高，且探测设备的成本比较高。

X射线法是一种直接探测隐蔽昆虫的方法。系统利用X射线获取探测目标内部图像，由计算机处理获取到的图像信息来识别隐蔽昆虫。其优势在于不需要将样本进行均摊，但由于设备成本较高，且辐射会对被探测目标体和人员带来一定的危害，因而没有得到很好的应用。

电导法是通过测量探测目标体的电阻值来反映当前目标的含水率，由此来识别隐蔽昆虫的存在，此方法实现比较复杂，需要探测目标依次通过，探测速度较慢。

图像识别法利用CCD摄像头获取探测目标体的表面信息，通过图像处理技术将昆虫边缘分离出来，获得目标体当前隐蔽昆虫信息。但仅仅通过表面信息处理不能发现探测目标内部昆虫。

上述的隐蔽昆虫探测方法各有所长，要获得较为准确的隐蔽昆虫信息，需要几种方法并存。因此未来隐蔽昆虫探测的发展趋势是开发一种快速、准确、无损伤的隐蔽昆虫探测技术。

近年来随着高频电磁波技术的发展，基于高频电磁波的高效、快速、非破坏、无污染探测技术逐步兴起，该技术已成功运用到目的成像、探测雷达、检测昆虫迁徙运动和白蚁探测等领域。但目前国内外没有基于多普勒效应的隐蔽昆虫探测系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用多普勒雷达技术实现非接触式隐蔽昆虫的探测。通过对回波信号进行分析，判断和记录隐蔽昆虫运动特性。本发明公开了一种通过多普勒雷达判别和记录隐蔽昆虫运动形态的方法。该方法将多普勒雷达技术应用于非接触式隐蔽昆虫的探测中，可对食品、地下、木材中的隐蔽害虫进行实时探测，以减少隐蔽昆虫给日后生产和生活带来的潜在危害。

本系统由多普勒雷达模块、A/D转换模块、数字信号处理模块、数据传输模块、上位机数据储存和显示模块、电源模块组成。

多普勒雷达模块，由射频天线、压控振荡器、功率放大电路、功率分配器、混频器、多普勒滤波器、中频放大器和低通滤波器组成。

所述的多普勒雷达模块探测隐蔽昆虫运动形态原理如下：

多普勒雷达模块通过射频前端发射固定频率的高频电磁波到探测目标体，发射波与探测目标体交互作用后被反射回多普勒雷达模块射频前端。反射波频率、相位、幅度的变化反映了探测目标体的某种特征。该发明就是利用回波频率和幅度为分析指标，判断探测目标体的活动状态。

当雷达发射的载波被探测目标体表面所反射时，由于目标体的运动引起的多普勒效应，会产生一种窄带调相的反射波：

S(t)＝cos(ω₀t+φ(t))

其中ω₀为载波的角频率，φ(t)为发射信号引入的附加相移。利用传输线理论，可以的到相位偏移为

φ(t)＝4πx(t)/λ

其中，x(t)为探测目标体运动位移，λ为雷达波在探测介质中的波长。而在接收端利用相干检测法解调出附加相移。对φ(t)求微分即可得到多普勒频移：