一种基于多频散射建模的昆虫尺寸测量方法

摘要

本发明公开了一种基于多频散射建模的昆虫尺寸测量方法，该方法可以同时测得昆虫的体长和体宽，基于此可以进一步反演昆虫的质量和体长体宽比，该方法所能覆盖的昆虫尺寸范围与传统的昆虫雷达尺寸测量方法相比大大增加，因此也增强了昆虫雷达对昆虫种类识别的能力。

主权项

一种基于多频散射建模的昆虫尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，多波段散射截面积RCS数据获取：采用多波段雷达系统探测待测昆虫，获得共N个频点的散射信号，其中，每个波段的频点数不小于10个；各频点对应的对数频率为dBf_n＝10log₁₀(f_n)，f_n为第n个频点的频率值，n＝1～N；针对第n个频点，获得待测昆虫对应的全极化散射矩阵：其中,为水平极化分量，为垂直极化分量，和为交叉极化分量；将该雷达全极化散射矩阵S_n，代入下式中：${\sigma }_{max}\left({\mathrm{dBf}}_n\right)={\left|\frac{1}{2}\left(\right|S_{hh}^n+S_{vv}^n|+\sqrt{{\left|S_{hh}^n-S_{vv}^n\right|}^2+4\left|S_{vh}^n\right|})\right|}^2$得到第n个频点的散射截面积RCS最大值的测量数据σ_max(dBf_n)；遍历N个频率点，得到各频率点对应的散射截面积RCS最大值的测量数据；步骤二，基于最小二乘意义的搜索分别获得参数dBf₀和K的估计和具体为：1)、分别设定参数dBf₀和K的搜索区间和搜索间隔；其中，dBf₀表示散射截面积RCS最大值时的对数频率，K是影响散射的绝对强度的变量，表示目标在dBf₀时的散射截面积RCS；利用电磁仿真软件仿真昆虫在不同波段的散射特性，得到的σ_max关于对数频率dBf的起伏特性由以下分段函数近似表达：$\begin{array}{c}{\sigma }_{\max }=F\left(dBf\right){|}_{{\mathrm{dBf}}_0,K}\\ =\left\{\begin{array}{cc}-3.3\times {(dBf-{\mathrm{dBf}}_0)}^{1.5}+K& dBf\le {\mathrm{dBf}}_0\\ \frac{{\left|dBf-{\mathrm{dBf}}_0-3.3\right|}^{1.6}}{0.9623}+K-3.3& {\mathrm{dBf}}_0<dBf\le ({\mathrm{dBf}}_0+3.3)\\ \frac{{\left|dBf-{\mathrm{dBf}}_0-3.3\right|}^{1.2}}{1.5513}+K-3.3& ({\mathrm{dBf}}_0+3.3)<dBf\le ({\mathrm{dBf}}_0+4.4)\\ \begin{array}{c}-0.35\times dBf+K-4.7607\\ +0.35\times ({\mathrm{dBf}}_0+4.4)\end{array}& ({\mathrm{dBf}}_0+4.4)<dBf\end{array}\right.\end{array}---\left(5\right)$2)、针对每一个频率点对应的对数频率dBf，选取参数dBf₀和K在各自搜索区间内的一组参数，从公式(5)中找到当前对数频率下σ_max对应的函数表达式，将当前对数频率、选取的参数dBf₀和K值代入找到的σ_max函数表达式中，得到当前对数频率下的σ_max计算值，将该计算值与步骤一获得的对应频率点的σ_max测量值相减，得到误差值，再将误差值求平方；遍历所有对数频率点，得到各个频率点对应的误差值的平方，最后，对所有误差值的平方求和；3)、采用2)的方法，按照设定的搜索间隔，在各自的搜索区间内不断更换dBf₀和K，得到对应的误差值平方的和值，选取使和值最小时对应的一组参数dBf₀和K的估计和步骤三，昆虫尺寸计算：将估计结果代入下式中：$a=70.246\times {10}^{-d\hat{B}{f}_0/10}+0.482---\left(6\right)$得到昆虫的长度2a；将代入到下式中：$V={(58510\times {10}^{\hat{K}/10}-2.89)}^{4/3}---\left(7\right)$得到昆虫体积V；同时根据椭球的体积公式计算得到昆虫宽度2b：$b=\sqrt{\frac{3V}{4\pi a}}---\left(11\right).$