[发明专利]一种基于瑞利区解析散射建模的昆虫尺寸测量方法

摘要

本发明公开了一种基于瑞利区解析散射建模的昆虫尺寸测量方法，利用旋转对称介质椭球对昆虫进行瑞利区散射建模，并通过至少两部雷达测得昆虫的三维体轴指向、体长和体宽等生物学参数，基于此可以进一步反演昆虫的质量和体长体宽比，该方法所能获得的信息量与传统的昆虫雷达尺寸反演方法相比大大增加，因此也增强了昆虫雷达对昆虫种类识别的能力。

主权项

1.一种基于瑞利区解析散射建模的昆虫尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、采用至少2部雷达，从不同角度观测昆虫，获得昆虫的三维体轴指向：第i部雷达观测到的昆虫全极化散射矩阵为：其中，i＝1,2,...,M，M表示雷达的数量；为水平极化分量，为垂直极化分量，和为交叉极化分量；对旋转对称形体昆虫有则昆虫体轴投影与第i部雷达水平极化方向的夹角α_i由下式给出：其中γ_i表示和之间的相位差，ψ_i表示和之间的相位差；昆虫体轴的垂面与雷达极化平面的相交线的单位方向矢量写为：其中，表示雷达水平极化方向矢量，表示雷达垂直极化方向矢量；则昆虫体轴单位方向矢量的反演公式为：其中，和分别表示全局直角坐标系下沿各个坐标轴的单位矢量，e_x、e_y和e_z分别表示在各个坐标轴上投影分量的大小,“×”表示三维矢量叉乘运算；则昆虫体轴指向的方位角俯仰角θ表示为：步骤二，获得昆虫体长和体宽之比：求得第i部雷达局部坐标系下的昆虫体轴与该部雷达视线的夹角θi：则雷达最大接收极化强度为：则M部雷达的测量得到的接收极化强度Smax1,Smax2,...,SmaxM表示为：其中，k＝2π/λ表示波数，λ为波长，εr是昆虫身体的复相对介电常数，V＝4π/3·ab2为昆虫体积，a为昆虫体长的一半，b为昆虫体宽的一半，L1,L2是由昆虫体长与体宽之比决定的参数，表示为：对(11)式进行矩阵求伪逆则解得C1,C2，又由于L2＝(1‑L1)/2，基于(12)式将L1解出：其中L1由b/a唯一确定；将θi代入(11)和(12)式，得到昆虫体长和体宽之比a/b：步骤三，获得昆虫体长、体宽、体积和质量：将昆虫体长和体宽之比a/b代入(2)式：则得到昆虫体积：昆虫体长2a和体宽2b分别通过下式计算：昆虫密度ρ通过实验测量获得，其质量m为：m＝ρV   (16)。