sin(231fvτη)做
[0044] =Rc2+vτη+Αsin(2πf；nT)
[0045]
[0046] 其中，Rti、Rt2分别为昆虫虫体、翅膀与雷达的其实距离，V为昆虫的径向飞行速度， T为脉冲重复时间，η为脉冲个数，A和f；为昆虫翅膀的振动幅度和振动频率。考虑到测量 时昆虫垂直经过雷达波束，且积累时间短，因而昆虫的径向速度可W忽略，即V> 0。
[0047] 将式（6)用向量表示，得到图1，可见回波Sf(〇可看作直流向量和旋转向量的 叠加，其中直流向量代表昆虫的虫体回波，而旋转向量代表昆虫的翅膀回波。基于载波相位 提取出昆虫振翅频率的关键是从Sf(τ。）中分离出旋转向量，继而对其相位进行分析，从而 提取出昆虫的振翅频率。分两种情况阐述去除昆虫虫体回波的【具体实施方式】如下：
[0048] 1)当昆虫翅膀振幅与雷达波长的比值Α/λ较大（大于或等于1/2)时，对于特定 昆虫来说，即雷达波长较小时，如图2(a)所示，代表昆虫翅膀回波的向量会旋转超过1圈甚 至多圈。例如，当Α/λ=0.5时，旋转向量会旋转2圈。此时回波的均值近似等于代表昆 虫虫体回波的直流向量，即旋转向量的中屯、。通过减去回波的均值，即可去除昆虫虫体的回 波。
[0049] 2)当昆虫翅膀振幅与雷达波长的比值Α/λ较小（小于1/2)时，对于特定昆虫来 说，即雷达波长较大时，如图2(b)所示，代表昆虫翅膀回波的向量的旋转轨迹为扇形（少于 1圈）。例如，当Α/λ= 0. 125时，旋转向量会旋转半圈。此时无法利用均值近似得到昆虫 虫体回波的直流向量。解决方法是基于最小二乘法拟合出旋转向量的扇形轨迹所在的圆， 该圆的圆屯、代表的向量即可近似为昆虫虫体的回波，减去该向量，即可去除昆虫虫体的回 波。
[0050] 去除昆虫虫体回波后，得到信号为：
[0051]
巧)
[005引其中，Φ为总的残留相位。对该信号取相位即可得到昆虫翅膀的振动相化接着对 相位进行傅里叶分析，即可得到昆虫的振翅频率。考虑去除昆虫的直流回波时可能不彻底， 导致相位频谱中仍存在直流部分，且影响最终昆虫振翅频率的提取，可W对相位取差分，从 而去除直流，便于昆虫振翅频率的提取。
[0053] 因此，本发明提供了一种基于微波的昆虫振翅频率的测量方法，如图3所示，包括 如下步骤：
[0054] 步骤一，利用高分辨波形处理技术处理雷达回波，实现一维高分辨成像，从而将昆 虫和其它目标在距离上区分开。
[0055] 步骤二，针对多帖一维高分辨成像进行积累，提高昆虫目标图像的SNR(信噪比）， 然后针对积累的结果估测昆虫与雷达的距离，根据所述距离从一维距离像中找出对应昆虫 的峰值，从而确定昆虫所在的距离单元。
[0056] 步骤Ξ，由于在短暂的积累时间内，昆虫飞不出一个距离单元，因此可按照上一步 中确定的距离单元沿慢时间提取昆虫回波。
[0057] 步骤四，从昆虫的回波中去除虫体的回波，得到翅膀的回波，具体如下：
[0058] 当昆虫翅膀振幅与雷达波长的比值Α/λ较大（大于或等于1/2)时，将所述回波 减去回波的均值，获得翅膀的回波；
[0059] 当昆虫翅膀振幅与雷达波长的比值Α/λ较小（小于1/2)时，基于最小二乘法拟 合出所述回波中旋转向量的扇形轨迹所在的圆，将所述回波减去该圆的圆屯、代表的向量， 获得翅膀的回波。
[0060] 步骤五，提取出昆虫翅膀回波的相位。
[006。 步骤六，利用傅里叶分析得到昆虫翅膀回波的相位频谱和差分相位频谱，对比分 析得到昆虫的振翅频率。
[00的]实施例：
[0063] 为了验证本发明的正确性，进行了相关实验，实验几何示意和实验场景分别如图4 和图5所示。该实验在微波暗室中进行，雷达采用垂直向上的观测方式，昆虫粘贴在悬挂的 泡沫上。该雷达的相关参数如下：
[0064] 表1雷达参数
[0065]
[0066] 实验时测量了银纹夜蛾、Ξ角璃尺蛾、枯叶夜蛾和小地老虎的振翅频率，虫类外观 和所得频谱图分别如图6,图7,图8和图9所示。将频闪仪测得的昆虫振翅频率作为真值 进行对比，统计测量结果如下：
[0067]
[0069] 通过对比雷达和频闪仪测得的结果，可W看到利用雷达测量垂直飞过波束的昆虫 的振翅频率是可行的，而且精度较高。
[0070] 综上所述，W上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于微波的昆虫振翅频率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，利用高分辨波形处理技术处理雷达回波，实现一维高分辨成像； 步骤二，针对多帧一维高分辨成像进行积累，然后针对积累的结果估测昆虫与雷达的 距离，根据所述距离从一维距离像中找出对应昆虫的峰值，确定昆虫所在的距离单元； 步骤三，根据步骤二中确定的距离单元沿慢时间提取昆虫回波； 步骤四，从昆虫的回波中去除虫体的回波，得到翅膀的回波，具体如下： 当昆虫翅膀振幅与雷达波长的比值Α/λ较大时，将所述回波减去回波的均值，获得翅 膀的回波； 当昆虫翅膀振幅与雷达波长的比值Α/λ较小时，基于最小二乘法拟合出所述回波 中旋转向量的扇形轨迹所在的圆，将所述回波减去该圆的圆心代表的向量，获得翅膀的回 波； 步骤五，提取出昆虫翅膀回波的相位； 步骤六，利用傅里叶分析得到昆虫翅膀回波的相位频谱和差分相位频谱，对比分析得 到昆虫的振翅频率。2. 根据权利要求1所述一种基于微波的昆虫振翅频率的测量方法，其特征在于，当比 值Α/λ大于或等于1/2时，则认定比值Α/λ较大，当比值Α/λ小于1/2时，则认定比值Α/ λ较小。
【专利摘要】本发明提供一种基于微波的昆虫振翅频率的测量方法，包括如下步骤：步骤一，利用高分辨波形处理技术处理雷达回波，实现一维高分辨成像；步骤二，针对多帧一维高分辨成像进行积累，确定昆虫所在的距离单元；步骤三，沿慢时间提取昆虫回波；步骤四，从昆虫的回波中去除虫体的回波，得到翅膀的回波；步骤五，提取出昆虫翅膀回波的相位；步骤六，利用傅里叶分析得到昆虫翅膀回波的相位频谱和差分相位频谱，对比分析得到昆虫的振翅频率。利用该方法可精确测量昆虫的振翅频率。
【IPC分类】G01S7/41
【公开号】CN105277929
【申请号】CN201510695593
【发明人】龙腾, 胡程, 曾涛, 王锐, 李阳, 毛二可, 李奥林
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月22日