太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109633629A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201811258166.8(22)申请日2018.10.26(71)申请人上海无线电设备研究所地址200090上海市杨浦区黎平路203号(72)发明人冯明高鹏程张元(74)专利代理机构上海元好知识产权代理有限公司31323代理人包姝晴徐雯琼(51)Int.Cl.G01S13/88(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法(57)摘要本发明是提供一种太赫兹频段的单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法。雷达接收到的含有噪声的旋翼无人机回波信号，微多普勒特征淹没在杂波中。本发明的技术方案是提取时域回波的闪烁时刻信号及其对应时刻的时频域闪烁特征，计算得到旋翼的旋转速度；通过回波信号的时频图和时域闪烁信号的时频图的相近值合并，得到去掉杂波的回波信号的时频图的闪烁特征，恢复微多普勒特征。本发明从含有背景噪声的回波中提取微多普勒特征，为旋翼无人机的探测、成像和识别提供了重要方法。CN109633629ACN109633629A权利要求书1/2页1.一种太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，步骤包含：S1、记录雷达回波中设定时间内的回波数据；S2、查找回波数据中幅度的最大值；S3、根据接收到的雷达回波信号获取旋翼无人机的旋转速度；S4、根据原始回波信号和S3中的时域闪烁信号获取原始回波的没有噪声的时频域闪烁；S5、求解出旋翼无人机的旋翼旋转频率、叶片数量和叶片长度，提取微多普勒特征。2.如权利要求1所述的太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，所述步骤S1采用发射电磁波的频率在110GHz～325GHz之间的雷达对单旋翼无人机进行探测，且所述任意时间是1秒；设旋翼的叶片数为N，那么无人机的旋翼产生的雷达回波为：Ak＝Lexp[-j(4πR0/λ+2πf0t)]其中，R0是旋转中心到雷达的距离；f0是雷达发射电磁波的频率；N是叶片数目；sG是噪声信号；相位函数为φk＝2Lπsinθcos(ωt+φ0+2πk/N)/λ其中，L为旋翼叶片的长度；φ0为旋翼叶片的初始角度；ω表示旋翼的旋转频率；θ为雷达看向旋翼的俯仰角。3.如权利要求2所述的太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，所述步骤S2具体设定一个无限小的值作为最大值的初始值后，逐一访问回波中的数据，如果其幅值大于最大值，则最大值更新为当前回波幅值，最后得到的回波幅度的最大值记为Smax。4.如权利要求3所述的太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，所述步骤S3中，如果回波信号sinc函数等于1，表示叶片与雷达波束垂直，此时回波信号幅度将会出现时域闪烁；把时域闪烁时刻以外的回波信号置0，形成时域闪烁信号；对时域闪烁信号进行短时傅里叶变换，得到时频域闪烁，变换公式为：STFT(t，f)＝∫s(t′)w(t′-t)exp(-j2πft′)dt′其中，w(t)是时间窗函数。5.如权利要求4所述的太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，所述时间窗函数选择高斯函数。6.如权利要求5所述的太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，所述步骤S4中，分别对原始回波信号和时域闪烁信号做短时傅里叶变换，得到对应的时频矩阵；为了消除原始回波信号时频图中的噪声，设定一个阈值，分别比较所述的两个时频矩2CN109633629A权利要求书2/2页阵对应的数据，如果这两个数据相差小于阈值，那么原始回波的时频矩阵数据不作改变，如果这两个数据相差大于阈值，那么原始回波的时频矩阵数据置0；并提取时频图中的最大微多普勒频率，记为fdmax；以及记录0频以上的闪烁次数，记为Ncount。7.如权利要求6所述的太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法，其特征在于，所述步骤S5中，如果S4中得到的去掉噪声的时频图的闪烁关于0频对称，那么叶片长度L等于Smax/2；如果所述闪烁不关于0频对称，那么叶片长度L等于Smax；由于叶片数目乘以旋转频率等于闪烁次数Ncount，fdmax＝L*ω*sinθ/λ其中，ω为转动角频率，θ为雷达看向旋翼的俯仰角。3CN109633629A说明书1/4页太赫兹频段单旋翼无人机目标特性微多普勒特征提取方法技术领域[0001]本发明涉及雷达信号的时频分析和雷达微多普勒特征分析技术，具体涉及微小型旋翼无人机叶片的微多普勒特征提取方法。背景技术[0002]雷达发射电磁波信号到达目标并接收目标的回波信号，如