高分辨全极化昆虫雷达极化校准与昆虫体轴方向估计

迁飞性虫害突发性强、危害范围广,严重威胁国家粮食安全。昆虫雷达是监测昆虫迁飞的最有效手段,可为迁飞虫害预警防控提供关键信息支撑。传统昆虫雷达通过低分辨波形、旋转线极化天线等方式,实现昆虫体重、体轴方向等生物学参数测量。新型昆虫雷达采用调频步进频高分辨波形、瞬时全极化体制,可大幅提升昆虫生物学参数测量精度。但是,在传统极化测量误差之外,调频步进频成像会给不同极化通道引入新的乘性误差分量,导致极化通道间不一致更加复杂,必须进行高精度极化校准。针对以上问题,该文结合调频步进频波形特点对全极化测量模型进行了优化,并设计了一种基于松姿态约束下双定标体(金属球和金属丝)联合的高分辨全极化雷达极化校准方法,补偿了系统通道间不一致对极化信息测量的影响;在此基础上,进一步提出了基于生物对称模型的昆虫体轴方向估计方法,解析推导分析了极化通道间交叉串扰对体轴方向估计的影响机制。最后,利用多频全极化雷达(X, Ku, Ka)进行了极化校准和昆虫轴向测量实验,实测昆虫体轴方向测量误差优于3°,验证了所提方法的有效性。

全极化昆虫雷达生物参数反演方法与外场定量试验验证

全极化雷达是新一代昆虫雷达的发展方向。本文介绍了全极化雷达的昆虫体轴朝向、体重和体长等生物参数反演方法。相对传统方法,这些方法精度更高,然而,这些方法仅经过微波暗室测量昆虫数据验证了可行性,还未经过实际全极化雷达外场测量验证。本文利用Ku波段全极化昆虫雷达,设计并开展了基于双无人机协同飞行悬吊昆虫的外场定量试验,测量了44只不同体型昆虫在不同朝向下的雷达数据,基于测量数据,成功验证了面向全极化雷达的昆虫生物参数反演方法在实际外场雷达的应用,并分析了测量精度。

Ku波段全极化雷达昆虫体型参数反演

为实现Ku波段昆虫雷达体型参数测量,基于全极化测量装置在微波暗室测量的昆虫数据,分析了Ku波段昆虫雷达散射截面积(Radar Cross-Secion,RCS)特性.发现大昆虫为谐振区散射,无法基于RCS反演体型参数.为保证雷达体型测量准确性,必须将大昆虫识别并剔除;为此,提出相对特征相位和RCS参数联合的大昆虫辨别方法.在此基础上,分析了中小昆虫体型与特征参数的关系,发现这些特征参数均能较好的反演昆虫体长/体重,从而给出Ku波段昆虫体长、体重反演经验公式.