一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法，其特征是，包括如下步骤：1）构建旋翼目标叶片与涡旋电磁波模型；2）利用谱分解法处理仿真数据，得到差值谱线；3）更改叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度，重复步骤2），分别得到对OAM影响的差值谱线。这种方能准确获取旋翼目标的叶片特征，从而提高探测和识别旋翼目标的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法
本专利技术涉及电磁涡旋目标探测领域，具体是一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法。
技术介绍
当今，在人们的社会生活中，多旋翼飞行器已不足为奇，无人机产业的大爆发，在航拍、农业、军事等领域得到广泛应用，而无人机属于典型的旋翼目标。旋翼目标的频繁出现在给人们的生活带来便捷的同时，也带来了一些安全隐患，如近几年无人机“黑飞”事件频发，使用无人机进行恶意侦查监视、直接攻击人群等。然而，旋翼目标具有“低、慢、小”目标的特点，且旋翼目标可随时悬停于空中，这对于传统的雷达来讲，根本无法探测。近几年，随着携带有轨道角动量（OAM）的涡旋电磁波的引入，给人们对目标探测领域提供了一种新的角度和方法，理论上讲，涡旋电磁波具有无限种不同拓扑荷数，即轨道角动量的模式，为了方便计算，模态一般取整数，不同轨道角动量模态之间相互正交，即不同模态数的涡旋电磁波可进行线性叠加，这一性质表明，具有不同模态数的涡旋电磁波在物理上可分离。针对旋翼目标，无论是旋翼目标处于“飞行”状态还是“悬停”状态，旋翼目标螺旋叶片是一直处于转动的，且不同类型的旋翼目标，旋翼目标叶片数量、长度、宽度等均可不同，利用这些不同特征可作为对旋翼目标的探测和识别依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法。这种方能准确获取旋翼目标的叶片特征，从而提高探测和识别旋翼目标的精度。实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法，与现有技术不同的是，包括如下步骤：1）构建旋翼目标叶片与涡旋电磁波模型：采用feko电磁仿真软件构建旋翼目标叶片和涡旋电磁波的仿真模型，涡旋电磁波产生由8个等间距排列的偶极子天线组成圆形阵列、各偶极子阵元天线频率为10GHz、阵列半径为30mm即一个波长长度，依次对阵元施加幅度相同、相位递增的信号激励源，阵元频率为10GHz，产生不同模态数的涡旋电磁波，在圆形阵列正上方300mm处设置一个半径为30mm的采样圆周，采样圆周半径与圆形阵列半径一致均为30mm，采样点数为360个点，在圆阵与采样圆周之间即圆形阵列正上方150mm处设置旋翼目标螺旋叶片模型，旋翼目标螺旋叶片模型的叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度参数可调整；2）得到差值谱线：改变激励源的相位，产生不同模态数的涡旋电磁波，发射不同模态数的涡旋电磁波，采用MATLAB对仿真的数据进行谱分解法处理，得到差值谱线，具体为：在圆形阵列与采样圆周之间先不添加旋翼目标螺旋叶片，即涡旋电磁波直接到达采样圆周，圆形阵列天线分别发射模态数为0、1、2、3的涡旋电磁波，得到一组仿真数据作为对照组；随后，在圆形阵列与采样圆周之间添加旋翼目标螺旋叶片，圆形阵列天线分别发射模态数为0、1、2、3的涡旋电磁波，涡旋电磁波经过叶片影响后，到达采样圆周，得到一组仿真数据作为实验组。由于各模态数之间相互正交，通过谱分解法绘制涡旋电磁波的模态谱图，将实验组的模态谱减去对照组的模态谱得到模态差值谱线图，简称差值谱线；3）得到对OAM影响的差值谱线：更改叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度，重复步骤2）得到多组仿真数据作为实验组数据，分别得到对OAM影响的差值谱线，由差值谱线得到：叶片数量、长度、宽度均对高模态的涡旋电磁波影响大、对低模态影响小；叶片数以主模态为中心轴、以叶片数为步进数对次模态造成影响，而叶片对OAM的影响与位置角度无关，由于电磁波的速度远大于螺旋桨转动速度，对于电磁波而言，螺旋桨可视为不同位置角度的静止状态，故转动的叶片对OAM的影响等效于静止的叶片对OAM的影响，分析次模态谱的变化，能判断是否存在旋翼目标，并获取旋翼目标叶片参数特征，从而为旋翼目标的探测和识别提高准确率。与以往的雷达探测旋翼目标相比，本技术方案具有如下特点：本专利技术构建了旋翼目标叶片和涡旋电磁波的模型，旋翼目标会以叶片数为周期对涡旋电磁波模态数造成影响，且该影响与旋翼目标叶片位置角度无关，无论旋翼目标是处于“飞行”状态还是“悬停”状态，其螺旋叶片是一直处于转动状态，故可通过观测涡旋电磁波模态谱的变化，有效判断范围内是否存在旋翼目标，若存在，还可提取出旋翼目标的叶片特征，从而达到对旋翼目标的种类识别，该方法不仅能提高对旋翼目标的识别率，还为目标识别领域提供了一个新的角度。这种方能准确获取旋翼目标的叶片特征，从而提高探测和识别旋翼目标的精度。附图说明图1为实施例旋翼目标叶片与涡旋电磁波模型示意图；图2为实施例中叶片数分别为2、3、4，对OAM产生影响后的差值谱线图，其中，图2（a）表示不同叶片数对模态数为0和1的涡旋电磁波产生影响的结果，图2（b）表示不同叶片数对模态数为2和3的涡旋电磁波产生影响的结果；图3为实施例中叶片长度分别为30mm、70mm、120mm，对OAM产生影响后的差值谱线图，其中，图3（a）表示不同叶片长度对模态数为0和1的涡旋电磁波产生影响的结果，图3（b）表示不同叶片长度对模态数为2和3的涡旋电磁波产生影响的结果；图4为实施例中叶片宽度分别为10mm、20mm，对OAM产生影响后的差值谱线图，其中，图4（a）表示不同叶片宽度对模态数为0和1的涡旋电磁波产生影响的结果，图4（b）表示不同叶片宽度对模态数为2和3的涡旋电磁波产生影响的结果；图5为实施例中叶片位置角度分别为0°、20°、80°，对模态数为0和1的涡旋电磁波产生影响后的差值谱线图。具体实施方式下面结合附图和实例对本
技术实现思路
做进一步的阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法，包括如下步骤：1）构建旋翼目标叶片与涡旋电磁波模型：采用feko电磁仿真软件构建旋翼目标叶片和涡旋电磁波的仿真模型，如图1所示，涡旋电磁波产生由8个等间距排列的偶极子天线组成圆形阵列、各偶极子阵元天线频率为10GHz、阵列半径为30mm即一个波长长度，依次对阵元施加幅度相同、相位递增的信号激励源，阵元频率为10GHz，产生不同模态数的涡旋电磁波，在圆形阵列正上方300mm处设置一个半径为30mm的采样圆周，采样圆周半径与圆形阵列半径一致均为30mm，采样点数为360个点，在圆阵与采样圆周之间即圆形阵列正上方150mm处设置旋翼目标螺旋叶片模型，旋翼目标螺旋叶片模型的叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度参数可调整；2）得到差值谱线：改变激励源的相位，产生不同模态数的涡旋电磁波，发射不同模态数的涡旋电磁波，采用MATLAB对仿真的数据进行谱分解法处理，得到差值谱线，具体为：在圆形阵列与采样圆周之间先不添加旋翼目标螺旋叶片，即涡旋电磁波直接到达采样圆周，圆形阵列天线分别发射模态数为0、1、2、3的涡旋电磁波，得到一组仿真数据作为对照组；随后，在圆形阵列与采样圆周之间添加旋翼目标螺旋叶片，圆形阵列天线分别发射模态数为0、1、2、3的涡旋电磁波，涡旋电磁波经过叶片影响后，到达采样圆周，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1）构建旋翼目标叶片与涡旋电磁波模型：采用feko电磁仿真软件构建旋翼目标叶片和涡旋电磁波的仿真模型，涡旋电磁波产生由8个等间距排列的偶极子天线组成圆形阵列、各偶极子阵元天线频率为10GHz、阵列半径为30mm即一个波长长度，依次对阵元施加幅度相同、相位递增的信号激励源，阵元频率为10GHz，产生不同模态数的涡旋电磁波，在圆形阵列正上方300mm处设置一个半径为30mm的采样圆周，采样圆周半径与圆形阵列半径一致均为30mm，采样点数为360个点，在圆阵与采样圆周之间即圆形阵列正上方150mm处设置旋翼目标螺旋叶片模型，旋翼目标螺旋叶片模型的叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度参数可调整；/n2）得到差值谱线：改变激励源的相位，产生不同模态数的涡旋电磁波，发射不同模态数的涡旋电磁波，采用MATLAB对仿真的数据进行谱分解法处理，得到差值谱线，具体为：在圆形阵列与采样圆周之间先不添加旋翼目标螺旋叶片，即涡旋电磁波直接到达采样圆周，圆形阵列天线分别发射模态数为0、1、2、3的涡旋电磁波，得到一组仿真数据作为对照组；随后，在圆形阵列与采样圆周之间添加旋翼目标螺旋叶片，圆形阵列天线分别发射模态数为0、1、2、3的涡旋电磁波，涡旋电磁波经过叶片影响后，到达采样圆周，得到一组仿真数据作为实验组，由于各模态数之间相互正交，通过谱分解法绘制涡旋电磁波的模态谱图，将实验组的模态谱减去对照组的模态谱得到模态差值谱线图，简称差值谱线；/n3）得到对OAM影响的差值谱线：更改叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度，重复步骤2）得到多组仿真数据作为实验组数据，分别得到对OAM影响的差值谱线，由差值谱线得到：叶片数量、长度、宽度均对高模态的涡旋电磁波影响大、对低模态影响小；叶片数以主模态为中心轴、以叶片数为步进数对次模态造成影响，而叶片对OAM的影响与位置角度无关，电磁波的速度远大于螺旋桨转动速度，对于电磁波而言，螺旋桨可视为不同位置角度的静止状态，故转动的叶片对OAM的影响等效于静止的叶片对OAM的影响，分析次模态谱的变化，能判断是否存在旋翼目标，并获取旋翼目标叶片参数特征。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于差值谱线的旋翼目标特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）构建旋翼目标叶片与涡旋电磁波模型：采用feko电磁仿真软件构建旋翼目标叶片和涡旋电磁波的仿真模型，涡旋电磁波产生由8个等间距排列的偶极子天线组成圆形阵列、各偶极子阵元天线频率为10GHz、阵列半径为30mm即一个波长长度，依次对阵元施加幅度相同、相位递增的信号激励源，阵元频率为10GHz，产生不同模态数的涡旋电磁波，在圆形阵列正上方300mm处设置一个半径为30mm的采样圆周，采样圆周半径与圆形阵列半径一致均为30mm，采样点数为360个点，在圆阵与采样圆周之间即圆形阵列正上方150mm处设置旋翼目标螺旋叶片模型，旋翼目标螺旋叶片模型的叶片数、叶片长度、叶片宽度、叶片位置角度参数可调整；
2）得到差值谱线：改变激励源的相位，产生不同模态数的涡旋电磁波，发射不同模态数的涡旋电磁波，采用MATLAB对仿真的数据进行谱分解法处理，得到差值谱线，具体为：在圆形阵列与采样圆周之间先不添加旋翼目标螺旋叶片，即涡旋电磁波直接到达采样圆周，圆形阵列天...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢跃雷，许强，邓涵方，肖潇，曾浩南，梁文斌，王胜，谢星丽，欧阳缮，廖桂生，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45