[发明专利]一种高分辨全极化昆虫雷达探测系统及其探测方法

说明书

本发明提供了一种高分辨全极化昆虫雷达探测系统，能够得到昆虫朝向信息以及高分辨距离信息。本发明的昆虫雷达测量系统利用步进频实现窄脉冲高分辨，利用正交相位编码实现窄脉冲全极化高隔离度，且编码依赖于步进频的体制。利用步进频合成宽带获取昆虫的高分辨距离像(距离分辨率优于0.2m)，以获取迁飞昆虫的精确距离信息用于定位和统计；通过全极化实时获取昆虫朝向信息以分析昆虫的空中定向机制，能够解决现有昆虫雷达体朝向和空中密度测量性能不足的问题，为迁飞昆虫观测提供技术支持。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种高分辨(距离分辨率优于0.2m)全极化昆虫雷达探测系统及其探测方法。

背景技术

现有技术的昆虫雷达可以实现对多种对农业意义重大的迁飞昆虫的检测，但存在诸多不足。首先，现有昆虫雷达分辨率很低，距离分辨单元大都在几十米的量级，与昆虫的密度分布间隔相当，当两只昆虫落入同一个距离分辨单元时，现有昆虫雷达无法进行分辨，因此很难保证对昆虫数目的正确统计，更难以精确定位。如果不考虑全极化的系统设计要求，一般采取调频步进频的体制，通过在一个处理周期内连续发射多个中心频率不同的窄带脉冲，并对一个处理周期内的回波脉冲信号进行合成处理以在合理的硬件实现代价内实现距离高分辨，但窄脉冲高分辨雷达无法获取昆虫的全极化雷达散射截面(RCS)测量，因此无法测量昆虫的头朝向，在分析昆虫定向机制及利用极化信息进行种类鉴别方面存在严重不足。

现有的昆虫雷达虽然可以通过旋转天线获得全极化RCS测量，但数据率很低，实时性较差。此外，现有全极化雷达多数为利用分时发射实现不同通道间的极化隔离，只是实现分时全极化。少数能实现同时全极化的雷达是利用不同通道发射调频率为不同的(正或负)线性调频脉冲信号以实现不同通道间极化隔离。利用正负调频的正交波形设计方式所能实现的极化隔离度取决于发射线性调频脉冲信号的时宽带宽积。对昆虫雷达，其要求探测盲距和最大不模糊距离都很近，因此昆虫雷达的脉冲宽度非常窄且脉冲重复频率较高。为降低数据采集存储及波形发生的压力，昆虫雷达单个脉冲的带宽也要相应减小，这样不仅造成时宽带宽积相应减小，极化隔离度不足；也导致距离分辨率降低。

虽然调频步进频雷达的工作体制可以改善合成信号带宽，但合成宽带并不会导致单个脉冲时宽带宽积的改变，正负调频体制所带来的全极化隔离度性能完全取决于单个脉冲时宽带宽积，因此基于调频步进频体制的高分辨昆虫雷达存在全极化隔离度的问题。由此可见，传统高分辨全极化雷达所采用的单个宽带宽脉冲和正负调频的发射波形体制并不适用于实现昆虫雷达的高分辨全极化功能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高分辨全极化昆虫雷达探测系统及其探测方法，能够得到昆虫朝向信息以及高分辨距离信息。

本发明的高分辨全极化昆虫雷达探测系统，所述全极化雷达的发射体制为步进频工作体制，其中雷达发射的脉冲信号为相位编码信号，所述编码信号的编码周期为一个步进频周期，不同通道之间的相位编码信号相互正交。

其中，所述相位编码信号为四相编码信号。

其中，所述相位编码信号中，编码码元的相位为等差数列分布。

其中，采用遗传算法对不同通道的相位编码信号进行优化，使得不同通道的相位编码信号的相关峰值最小。

其中，所述不同通道的脉冲信号的发射调频率符号不同。

其中，所述全极化雷达不同通道同时发射脉冲信号。

其中，本发明的高分辨全极化昆虫雷达探测系统包括：天线模块、伺服模块、射频模块、数字模块和上位机模块；

伺服模块根据上位机发送的系统配置参数控制天线模块的指向；

所述天线模块采用双极化天线，天线馈源为双端口配置，分别接收射频模块水平H路和垂直V路的射频信号，将射频信号辐射到昆虫目标所在的空中；接收昆虫目标散射的射频回波信号，并将射频回波信号发送到射频模块；