[发明专利]一种基于目标回波幅度调制的昆虫雷达波束内测角方法

说明书

本发明涉及一种基于目标回波幅度调制的昆虫雷达波束内测角方法，属于昆虫雷达技术领域，首先构建昆虫穿越雷达波束的回波信号幅度模型，生成理想回波幅度序列，然后结合实测回波幅度序列，以回波幅度形状为约束，建立优化函数，直接求解昆虫进入波束时到波束中心轴的距离和飞行方向，最后求解昆虫在波束中的位置。本发明可以在雷达无测角功能时从回波幅度变化趋势中估计目标位置，用于解决昆虫偏离雷达波束中心时，雷达散射截面积(RCS)测量偏小的问题，从而提高昆虫体型参数反演的精度，有助于提高迁飞昆虫种类识别精度并预测病虫害的爆发。

技术领域

本发明涉及昆虫雷达技术领域，特别是涉及一种基于目标回波幅度调制的昆虫雷达波束内测角方法。

背景技术

昆虫雷达是研究迁飞昆虫的有效工具。基于昆虫雷达的测量结果，可以反演昆虫的体长、体重、体宽、振翅频率、水平速度、朝向等参数。依据反演的昆虫参数可以对迁飞昆虫进行种类识别和轨迹预测，这对于研究迁飞昆虫行为和预防迁飞性病虫害有重要意义。

RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面积)是最重要的雷达目标特征之一，当前昆虫雷达基于昆虫RCS实现体型参数反演，精确的RCS测量具有重要意义。

对于无波束内测角功能的昆虫雷达，当昆虫偏离波束中心时，无法确定目标在波束中位置，导致测量的昆虫RCS偏小，进而导致反演的体型参数偏小，加大了昆虫种类识别的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于目标回波幅度调制的昆虫雷达波束内测角方法，以在雷达无测角功能时确定昆虫在波束中位置，解决昆虫RCS测量偏小的问题，提高昆虫体型参数反演精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于目标回波幅度调制的昆虫雷达波束内测角方法，包括：

构建昆虫偏离波束中心的角度模型；所述角度模型为昆虫偏离波束中心轴的角度关于昆虫刚进入波束时偏离波束中心轴的距离、飞行方向和时间的函数；

根据所述角度模型，建立昆虫穿越雷达波束的回波信号幅度模型；

将雷达测量昆虫飞行的时间序列代入所述回波信号幅度模型中，生成理想回波幅度序列；

根据所述理想回波幅度序列和雷达实际测量的回波幅度序列，以回波幅度形状为约束，建立优化函数；

采用遗传算法求解所述优化函数，确定昆虫刚进入波束时偏离波束中心轴的距离和飞行方向；

根据雷达测量昆虫飞行的时间序列以及确定的昆虫刚进入波束时偏离波束中心轴的距离和飞行方向，利用所述角度模型，获得昆虫穿越波束过程中偏离波束中心的角度序列，从而确定昆虫在波束中的位置。

可选的，所述昆虫偏离波束中心的角度模型为：

其中，θ(t)为t时刻昆虫偏离波束中心的角度，r(t)为t时刻昆虫到波束中心轴的距离，R(t)为t时刻昆虫到雷达的距离；

式中，r₀为昆虫刚进入波束时偏离波束中心轴的距离，L(t)为t时刻昆虫的飞行距离，L(t)＝V_ht，V_h为昆虫飞行的水平速度，β为昆虫的飞行方向。

可选的，所述昆虫穿越雷达波束的回波信号幅度模型为：

其中，S_r(t)为t时刻昆虫的回波信号幅度，G₀为波束中心轴上的增益，k为常数，θ_1/2为半功率波束宽度，σ为昆虫的雷达散射截面积。