[发明专利]一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法

权利要求书

1.一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、利用全极化雷达的调频步进频信号模型以及天线方向图模型，建立昆虫回波信号模型，归一化并取对数，得到观测数据模型：

其中，e是自然对数，观测数据模型中两个的未知参数V_h和τ，表示成向量的形式θ＝[V_h,τ]^T，向量中的元素用θ_i(i＝1,2)表示；V_h是要提取的昆虫飞行速度的水平分量；τ是昆虫与雷达波束中心轴距离最近的时刻；θ_0.5为半功率波束宽度；R是昆虫到雷达的距离；K＝8ln2；

步骤二、采集数据，比较同一个目标得到的四路回波数据，取其中信噪比最高的一路，经过预处理后得到观测数据w＝[w₀ w₁ ... w_M-1]^T，数据长度为M；采用步骤一得到的观测数据模型，在R和θ_0.5相同的条件下产生的模型数据为u(θ)＝[u₁ u₂ ... u_M-1]^T；

步骤三、利用w与u(θ)，基于最小二乘法估计出模型中的未知参数V_h和τ，获得昆虫的水平飞行速度及其时刻的估计值。

2.如权利要求1所述的一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法，其特征在于，所述步骤三采用迭代方式求解未知参数，为：

S31、构造代价函数J(θ)为：

J(θ)＝(w-u(θ))^H(w-u(θ)) (2)

其中，上标H表示复共轭转置；

S32、用J_k表示第k次迭代的代价函数，J_k+1表示第k+1次迭代的代价函数，是第k次迭代的第i个估计参量，是第k+1次迭代的第i个估计参量；代价函数J在处的二阶泰勒展开式为：

S33、为了使J_k+1达到最小，求式(3)中J_k+1对的导数，并令其等于0，得到：

S34、选择迭代初始值，用式(4)的迭代公式进行计算，每次迭代完毕判断求解精度是否满足要求：

若不满足要求，则迭代次数k值加1，返回S33，进行下一次迭代；

若满足要求，则当前值就是水平速度V_h和时刻τ的估计值。

3.如权利要求2所述的一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法，其特征在于，步骤三中，开始迭代时θ的初始值为：水平速度V_h的初始值范围是[0,20]，时刻τ的初始值范围是[0,10]。

4.如权利要求2所述的一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法，其特征在于，步骤二中，满足相邻两次迭代估计值之差均小于10^-5的视为满足精度要求。

5.如权利要求1所述的一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法，其特征在于，步骤二所述采集数据为：将全极化雷达布置在昆虫迁飞密集的野外，夜晚开启雷达使其处于正常工作状态，调整天线俯仰角使雷达波束垂直对天，进行采集数据。

6.如权利要求1所述的一种基于高分辨全极化雷达的昆虫水平飞行速度提取方法，其特征在于，步骤二所述预处理为：选择回波数据波峰所在的附近区域数据作为观测数据，将观测数据归一化，得到和模型相匹配的观测数据w＝[w₀ w₁ ... w_M-1]^T。