[发明专利]高分辨率多维协同昆虫迁飞雷达测量仪

摘要

本发明公开了一种面向昆虫迁飞机理分析的高分辨多维协同雷达测量仪，通过高分辨相控阵雷达子系统与三部多频段全极化雷达子系统的协同工作，可同时兼顾对迁飞昆虫宏观群体与微观个体的行为监测，实现昆虫三维轨迹的精细测量，从而为昆虫迁飞行为机理研究及农业害虫的预测预警提供一种有效的测量手段；此外，利用三部多频段全极化雷达子系统获取的目标多频段全极化多维散射信息，可实现昆虫多维生物学参数的反演，包括昆虫头部朝向、体长、体重等，从而为迁飞昆虫空中种类辨识提供分类依据，揭示迁飞昆虫的空中群落结构。

主权项

1.一种协同雷达测量仪，其特征在于，包括相控阵雷达子系统、数据处理中心以及三部单脉冲跟踪雷达；所述相控阵雷达子系统包括收发信道、馈电网络单元、波控单元、有源相控阵天线以及数据采集单元；相控阵雷达子系统的距离向分辨率最小为0.15m；其中，收发信道产生激励信号；馈电网络单元将激励信号分为四个象限，然后再将激励信号细分到有源相控阵天线各个子阵；波控单元实现所述各子阵发射的激励信号的幅相控制和供电时序控制；各子阵将激励信号进行功率放大后辐射到空间探测区域，同时，接收目标的回波信号；最终由数据采集单元完成回波信号的采集、预处理与存储，并上传到数据处理中心；所述数据处理中心对数据采集单元发送的回波信号首先进行距离向脉冲压缩，以获取目标的距离信息；其次，对回波信号中四个象限的数据进行单脉冲比相处理，以获取目标的方位角与俯仰角，从而结合所述的距离信息，得到目标的三维位置；三部单脉冲跟踪雷达根据从数据处理中心接收的目标的三维位置，对目标同时进行观测；其中，三部单脉冲跟踪雷达布置在不同的空间位置，布局位置满足三部单脉冲跟踪雷达观测目标的视线两两互相正交；所述单脉冲跟踪雷达包括收发信道、和差网络、馈源、卡塞格伦式抛物面天线以及数据采集单元；其中，收发信道产生激励信号；和差网络将激励信号转换成单脉冲和差信号；馈源工作在X、Ku和Ka波段；卡塞格伦式抛物面天线将X、Ku和Ka三个波段的信号同时辐射到空间探测区域，然后接收目标反射的回波信号，再经收发信道与和差网络实现信号的低噪声放大与和差信号的合成；最终由数据采集单元完成目标回波各和差通道的信号采集、预处理与存储，并上传到数据处理中心；所述数据处理中心接收三部单脉冲跟踪雷达的回波信号后，获得目标的距离信息，建立以下方程组：其中，(xi,yi,zi)为第i个单脉冲跟踪雷达在北天东参考直角坐标系下的坐标，i＝1,2,3；P＝(x,y,z)为目标假设的真实位置；Δni为第i个单脉冲跟踪雷达的测距误差；将(1)式利用泰勒展开再做线性近似，采用矩阵表示如下：Δr＝G·ΔP+Δn    (2)其中，Δn＝[Δn1 Δn2 Δn3]T，T为转置运算；其中，[xk‑1 yk‑1 zk‑1]T为第k‑1时刻目标位置的泰勒展开点；利用最小二乘法估计，有ΔP＝(GTG)‑1GT·Δr       (4)因此，利用最小二乘估计第k时刻目标的位置：将第k时刻目标的位置估计值替换公式(5)中的第k‑1时刻目标位置，得到新的位置估计值，如此循环迭代，直到相邻两时刻目标位置估计的差值小于设定的阈值，停止迭代，当前得到的目标位置估计认为是目标真实位置。