[发明专利]一种基于鸟类电磁散射模型提取振翅频率的仿真验证方法

说明书

本发明公开了一种基于鸟类电磁散射模型提取振翅频率的仿真验证方法。本发明为了尽可能逼真地模拟鸟模型形状，该三维立体模型并没有采用传统的规则几何体模型。而是考虑了鸟结构，更为逼真的仿真鸟模型。此外，本发明还考虑到扑翼姿态多样化，建立了不同扑翼状态鸟类目标三维电磁散射模型，根据该模型模拟鸟模型，进而保证结果更贴近真实情况。

技术领域

本发明属于探鸟雷达技术领域，具体涉及一种基于鸟类电磁散射模型提取振翅频率的仿真验证方法。

背景技术

迁飞是动物对栖息地资源发生偶然性或季节性变化时的一种适应性行为，鸟类的迁徙长期以来都是人类最感兴趣的自然现象之一。探鸟雷达为监视和研究鸟类迁徙活动提供了强有力的工具。探鸟雷达能够对一定范围内的空域进行360°全方位扫描，通过雷达照射目标后产生的回波可以获取鸟类的质量、振翅频率等生物学参数和飞行速度、方向、高度等行为学参数。准确地获取鸟类的生物学参数和行为学参数，将显著提高雷达对鸟类目标的识别能力，从而实现鸟类迁飞的监测与预警。

鸟的飞行状态主要有振翅，滑行，跳跃三种模式，其中鸟类振翅是最典型的飞行模式。鸟类振翅频率是表征其飞行特征的重要参数，研究表明，振翅频率可反推获得鸟类目标质量、翼展等生物学参数。因此，对鸟类振翅频率的研究有利于鸟目标质量、翼展等生物学参数的提取，这对于鸟目标识别与鸟类迁飞的监测具有重要意义。

鸟类目标的生物学参数与其目标电磁散射特性有关，雷达散射截面积(RadarCross Section,RCS)是表征目标电磁散射特性的重要特征参数，获取鸟类目标的电磁散射特性对于雷达目标的识别及目标特征参数的提取具有重要的意义。目标电磁散射特性的获取有实验测量和电磁软件仿真两种方式。实验测量RCS操作复杂，难以得到全部方位角、俯仰角及极化方向下的生物目标RCS数据信息，并且测量的准确性也难以保证。因此对鸟类目标进行散射建模并利用电磁仿真软件进行散射特性仿真，可以为鸟类目标识别和生物学参数提取提供更加全面的电磁散射特性信息。

对于鸟类目标振翅频率，主要采用对其微多普勒回波进行时频分析方法获得。P.VanDorp对人体步态模型的微多普勒回波进行了建模分析，并提取了人体步态频率。在此基础上，V.C Chen等人建立鸟类扑翼的微多普勒回波模型，并利用时频变换提取其振翅频率。研究中的人体模型和鸟类模型都使用椭球和球体等简单模型构造，其RCS主要利用简单模型的理论公式获取。然而由于鸟结构的复杂，这种方式不是十分准确。另一种方法是研究目标动态RCS，从中提取鸟类目标振翅频率等动态信息。对于目标静态及动态电磁散射特性的仿真，国内外均有相关研究。美国俄克拉荷马大学对巴西犬吻蝠的静态电磁散射特性进行了仿真及实测验证，国内对于目标电磁仿真研究主要集中在导弹、飞机等大型目标上，研究重点主要集中在目标动态电磁散射特性仿真上。而对于鸟类微小生物目标的电磁散射特性国内外研究甚少，对于鸟类模型微多普勒模型的构造也缺乏相应的鸟类目标全极化全方向RCS等电磁散射特性信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于鸟类电磁散射模型提取振翅频率的仿真验证方法。为高精度仿真鸟类目标飞行过程中的微多普勒回波及准确提取鸟目标振翅频率提供了一种有效的手段，解决了实验测量的全方位角电磁散射数据稀缺的问题。

一种基于鸟类电磁散射模型提取振翅频率的仿真验证方法，具体实现方法为：

步骤一、分别建立鸟体两翅膀的多扑翼姿态下鸟类目标电磁散射模型，并基于鸟类目标电磁散射模型建立鸟类目标不同扑翼状态的三维立体模型；并将所述三维立体模型导入CST电磁仿真软件；在CST电磁仿真软件中，对发射信号进行极化后发射，获得仿真情况下各个扑翼状态下鸟类目标的电磁散射特性信息；

步骤二、根据雷达分别与鸟体两翅膀肘关节节点和腕关节节点的距离，以及鸟体的两翅膀在仿真情况下接收到的回波信号，获得鸟翅膀产生的总微多普勒回波表达式；