[发明专利]一种基于毫米波雷达的无人机旋翼检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种基于毫米波雷达的无人机旋翼检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：发射毫米波电磁信号

将毫米波雷达设备安装在室外，将雷达的波束指向需要监测的无人机所在空域，随后驱动毫米波雷达发射毫米波电磁信号；毫米波雷达采用线性调频连续波LFMCW信号体制，基带信号经过DA转化、混频、功率放大后变换为射频模拟信号，由发射天线发射至待观测区域；

步骤二：接收无人机散射回波信号

无人机散射回波信号是由发射信号经由无人机反射后接收到的后向散射回波，回波包括无人机主体散射信号与旋翼散射信号；步骤一中雷达发射的电磁波被无人机反射回雷达设备，首先通过滤波器滤除带外噪声，接着先后通过两级混频器依次得到中频信号和基带信号，最后通过AD采样转化为数字信号，即无人机回波信号；

步骤三：对每帧数据进行目标距离-多普勒分析

步骤二中的无人机回波是按照帧的格式封装的，数据维度为快时间、慢时间和帧序号；回波中包含了观测空间中各个目标的雷达径向距离和径向速度信息，通过目标距离-多普勒分析能够将各个目标的距离、速度信息提取出来；对每帧信号分别沿快时间和慢时间维度做傅里叶变换，得到雷达RD图，为后续无人机距离范围检测和旋翼区域检测做准备；

步骤四：确定无人机的距离分布范围

对步骤三中得到的雷达RD图沿多普勒维度叠加获得信噪比更大的一维距离像，然后再做一维的SO-CFAR检测，由于无人机几何尺度大于雷达距离分辨率，因此无人机所在区域内会检测出若干峰值点；在这些峰值点中找到距离雷达最远的点和最近的点，以此界定出无人机距离分布的两个端点，即无人机的距离分布范围，为之后的旋翼区域检测做准备；

步骤五：计算距离-熵曲线

对步骤三中获得的雷达RD图做8位均匀量化，然后依次计算量化后的RD图中每个距离单元的幅值分布熵，获得距离-熵曲线，为后续无人机旋翼区域的检测做准备；

步骤六：检测旋翼区域

综合考虑步骤五中计算出的距离-熵曲线和步骤四中检测出的无人机距离分布范围；在距离-熵曲线上应用OS-CFAR检测出若干峰值，若峰值点出现在步骤四界定出的无人机距离分布范围内，则认为是旋翼所在的区域，否则认为是只有无人机主体的区域。

2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的无人机旋翼检测方法，其特征在于：步骤一中具体为：设雷达扫频斜率为k，周期为T，初始相位为则对于任意时刻t，LFMCW雷达发射信号s_T(t)表示为：

其中A为信号幅度，f₀为信号初始频率，m＝1,2,...,M表示当前为雷达发送的第m个脉冲；j为虚数单位。

3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的无人机旋翼检测方法，其特征在于：步骤二中具体为：旋翼无人机目标不止一个散射点，实际回波是无人机主体和各旋翼叶片散射点回波信号的叠加；设无人机有N个旋翼，每个旋翼有K个叶片，则对于单一的接收通道，目标的回波信号S_R(t)表示为：

其中σ_n为第n个散射中心的电磁散射强度，t_n0为第n个散射中心到雷达的双向信号传输延时。

4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的无人机旋翼检测方法，其特征在于：步骤三中具体为：LFMCW雷达回波是按照帧的格式封装的，数据维度为快时间、慢时间和帧序号；快时间表示单个脉冲中按照采样间隔排列的若干个采样点，慢时间表示一帧内按照脉冲重复周期排列的若干个脉冲，帧则表示这样的脉冲序列共发送了多少组；雷达回波中包含了观测空间中各个目标的雷达径向距离和径向速度信息，通过目标距离-多普勒分析能够将各个目标的距离、速度信息提取出来；

LFMCW信号体制雷达中，回波基带信号的快时间频率和慢时间频率分别与目标的径向距离、速度呈正比；因此对回波信号做两个维度的傅里叶变换即可得到回波信号两个维度的频率，随后按照雷达参数将频率信息转化为距离和速度信息。