[发明专利]一种基于双发双收相干雷达的无人机旋翼长度和转速的估计方法

说明书

本发明涉及一种基于双发双收相干雷达的无人机旋翼长度和转速的估计方法，属于雷达信号处理领域。该方法包括：通过对发射信号进行相位补偿，形成波束对准目标，从而获得3dB发射增益。利用两路接收天线收集旋翼回波信号，并将两路回波信号输入相干器，得到相干信号，通过相干信号的自相关函数提取旋翼的旋转半周期。对相干信号做短时傅里叶变换获得旋翼的微多普勒时频谱特性，利用特定时刻具有幅度极大值的频率的差值，估计无人机旋翼的长度和转速。本发明方法，能够对无人机的旋翼长度和转速进行精确估计，为构建无人机监测和识别系统提供了关键技术。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于双发双收相干雷达的旋翼长度和转速的估计方法。

背景技术

近几年来，随着无人机技术的成熟和普及，无人机尤其是旋翼型民用无人机的数量剧增。人们在享受由无人机带来便利的同时，也越来越担忧其引起的城市安全问题。因此，如何对无人机进行有效地监控和识别已成为低空安防领域重点关注的问题。进行无人机监测与识别的关键在于对旋翼长度、转速等物理特征参数的估计。因而本发明设计一种基于双发双收相干雷达对无人机旋翼长度和转速进行估计的方法。

利用光学摄像技术对无人机进行监测和识别是一种有效途径。但是由于现有的光学摄像设备，比如光学摄像头、红外摄像头等，容易受到天气、光线、分辨率等因素的影响，应用场景十分有限。而基于雷达的目标探测与识别方法能够很好地弥补光学设备的缺点，具有全天候、全天时、探测距离远、不受天气影响、分辨率高等优点。

现代雷达设备主要是获取目标的距离、速度和方位等信息。目标速度的获取主要是基于多普勒效应，即目标在雷达视线方向上具有径向速度时，雷达回波信号的载波频率会发生相应的变化。除了目标的主体运动之外，目标还会产生振动、旋转等微运动，这些微运动便会对由主体运动产生的多普勒频率进行调制，产生边带，这被称为微多普勒效应。由于旋翼型无人机飞行高度低、速度慢、运动轨迹复杂多变，传统的低空监测和识别的方法受强大地杂波的影响，效果不理想，而基于微多普勒信息的识别方法可以实现对无人机旋翼长度和转速的有效估计。

传统的多普勒雷达包含一根发射天线和一根接收天线，只能检测相对雷达具有径向速度的运动目标，而对只具有切向速度、径向速度不明显的目标不敏感。双发双收相干雷达装有两根天线，每根天线既发射信号又能接收信号。因此，它不仅可以通过单根天线的接收信号检测目标的径向速度，还可以通过对两路接收信号进行相干处理，测量目标的切向速度，提高了检测曲线运动轨迹目标的能力。尤其是当雷达和旋翼中心的连线与旋翼旋转平面垂直时，径向速度为零，此时多普勒雷达无法测量旋翼转动产生的微多普勒信息，而相干雷达依然能够通过对切向速度的测量提取微多普勒特征，这是双发双收相干雷达的根本优势。

此外，相干雷达可以通过对发射信号相位进行补偿，形成波束对准目标，从而获得3dB发射增益。雷达信号经过目标反射被两根天线接收。与传统多普勒雷达相比，空间并存的多观测通道使得相干雷达能够实时采集携带目标反射的不同幅度、时延或者相位信息的回波数据，这种并行多通道获取信息的能力也是双发双收相干雷达的另一优势所在。

发明内容

鉴于双发双收相干雷达在运动目标检测中的优势，本发明将其与微多普勒效应相结合，提出一种基于双发双收相干雷达的无人机旋翼长度和转速的估计方法，为无人机的监测与识别提供关键技术。

一种基于双发双收相干雷达的无人机旋翼长度和转速的估计方法，包括如下步骤：

步骤一：由双发双收相干雷达对准无人机旋翼发射连续波信号；

步骤二，两路接收天线收集由无人机旋翼反射的雷达回波信号；

步骤三，将两路接收信号输入到相干器，得到相干信号；