[发明专利]一种基于微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率雷达测量方法

说明书

本发明涉及雷达测量技术领域，具体涉及一种基于微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率雷达测量方法。本发明的一种基于微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率测量方法，为昆虫振翅频率测量提供了一种有效的测量手段。相比于现有的昆虫振翅频率测量方法，本方法可大幅提高低信噪比条件下昆虫回波的振翅频率测量精度和测量成功率，用于解决低信噪比下昆虫振翅频率无法精确测量的难题。

技术领域

本发明涉及雷达测量技术领域，具体涉及一种基于微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率雷达测量方法。

背景技术

我国是全球最重要的昆虫迁飞场，水稻、小麦、玉米等作物的重大迁飞性害虫均在我国远距离迁飞，是造成虫害异地爆发的重要原因，严重威胁国家粮食生产安全。迁飞虫害精准预警的核心是要获取昆虫迁飞行为的精确测量，雷达通过发射和接收电磁波来实现目标探测，可以在不影响昆虫迁飞的前提下，实现迁飞行为的大空域、远距离探测，是实现昆虫迁飞行为监视的最有效手段。

振翅行为是昆虫实现迁飞行为的必要条件，其振翅频率反映了昆虫在飞行过程中翅膀上下拍动的快慢，是衡量昆虫飞行能力的重要行为学参数之一，并且可用于实现不同昆虫的种类辨识。传统昆虫雷达测量振翅频率主要基于昆虫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频率测量方法的成功率和精度易受回波信噪比、振翅幅度的影响，仅适用于中大型昆虫的振翅频率测量；基于相位起伏的振翅频率测量方法，利用回波相位信息，大幅提升了振翅频率测量精度，但依旧面临着低信噪比下的测量成功率与精度低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率雷达测量方法，该方法首先采用时频分析的方法，将雷达采集到的昆虫回波变换到微多普勒参数空间，得到微多普勒谱图；进而，采用Generalized Radon Fourier Transform(GRFT)参数空间搜索的方法，将微多普勒谱图转换到振翅参数(振翅频率/振翅幅度)平面，并在此过程中实现低昆虫微弱振翅回波的长时间相参积累；最终，通过检测振翅参数平面的峰值，最终实现昆虫振翅频率的提取。

本发明的技术解决方案是：

一种基于微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率雷达测量方法，包括如下步骤：

步骤一：对昆虫雷达回波进行时频分析，获取昆虫的微多普勒谱图；

步骤二：根据步骤一获取的昆虫的微多普勒谱图进行GRFT参数空间搜索，获取昆虫的振翅参数平面；

步骤三：对步骤二获取的振翅参数平面进行峰值检测，得到昆虫的振翅幅度和振翅频率，完成基于微多普勒参数空间搜索的昆虫微弱振翅频率雷达测量。

所述的步骤一中，昆虫雷达回波为：

其中，k为与雷达参数有关的常数，σ₀为昆虫未振翅时的雷达散射截面积(RadarCross Section)，η为昆虫振翅所引起的RCS起伏与未振翅时的RCS之比，t是回波时间，f_w为昆虫振翅频率，A_w为昆虫振翅幅度；

获取的昆虫的微多普勒谱图S(τ,f)为：

其中，τ为微多普勒谱图时间，f为微多普勒谱图频率，T_w为时频分析时窗；

进行时频分析时采用短时傅里叶变换方法，将雷达采集到的昆虫回波变换到时间-多普勒域；

所述的步骤二中，获取昆虫的振翅参数平面的方法为：