一种基于扑翼变换频率的飞鸟动态电磁散射建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扑翼变换频率的飞鸟动态电磁散射建模方法，包括如下步骤：1）结合飞鸟飞行中的三种典型扑翼姿态建立了对应的CAD模型，并利用矩量法MOM计算每种姿态的全空域静态RCS数据；2）建立了鸟类飞行航迹模型，求出雷达视线在目标坐标系中的视线角序列；3）将这三种姿态的静态RCS数据进行10次不同的组合得到其新的扑翼姿态序列；4）根据某一时刻下的视线角，对该时刻下扑翼组合后的姿态数据进行线性插值获得所需的RCS，并分别利用短时傅里叶变换的方法对鸟类RCS回波信号进行分析。这种方法能模拟鸟类飞行过程，得到任一观测点处的雷达RCS回波信号，这将对于鸟类的探测、识别以及参数估计提供了理论基础和雷达目标动态电磁特性数据。态电磁特性数据。态电磁特性数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扑翼变换频率的飞鸟动态电磁散射建模方法


[0001]本专利技术涉及雷达目标电磁散射特性研究领域，特别涉及鸟类目标电磁散射特性建模技术，具体是一种基于扑翼变换频率的飞鸟动态电磁散射建模方法。

技术介绍

[0002]“鸟击(bird strike)”是世界航空业的专门术语，指的是鸟撞飞机。鸟击已经成为航空业的一个巨大难题，从飞机飞行的第一天起，飞鸟就被世界航空业视为对飞行安全运行的一种潜在的威胁。从1990年到2017年，鸟击事故发生的机场数目从335座增加到698座，频繁的鸟击事故，不但给世界航空业带来了巨大的经济损失，还严重威胁鸟类种群安全和人类航空安全。采用先进的技术探测飞鸟的活动，能够及时向机场相关人员提供有效的信息和及时的警告，得以确保飞机的安全，减少鸟击事件的发生。
[0003]雷达散射截面RCS(Radar Cross Section，简称RCS)是度量雷达目标对辐射的电磁波散射能力的物理量，RCS越大，目标对电磁波的反射能力越强，反之亦然。雷达RCS测量分为静态测量和动态测量，然而随着对目标电磁散射特性研究的深入，静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扑翼变换频率的飞鸟动态电磁散射建模方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取全空域静态RCS数据：结合飞鸟飞行中的上、平、下三种典型扑翼姿态建立对应的CAD模型，并采用矩量法MOM法计算每种姿态的全空域静态RCS数据，包括：1
‑
1)鸟类目标CAD建模：选取鸽子建立鸟模型，鸟类目标三维立体模型包含鸟身、鸟头、鸟颈、鸟翅膀和鸟尾五部分，鸟身长设为30cm、翼展设为60cm，依据鸟类目标特有的扑翼现象，建立鸽子上扑翼、平扑翼、下扑翼三种典型飞行姿态模型；1
‑
2)鸟类目标仿真介电特性设置：将鸟类身体和羽毛分别当成两种不同的介质材料来处理，鸟类身体主要成分是肌肉组织，相对介电常数约为47
‑
53，羽毛主要成分是角蛋白质，相对介电常数为1
‑
3，将鸟CAD模型导入FEKO，设置介质仿真参数为：身体∈1＝49、tan σ1＝0.4，羽毛∈2＝2.6、tan σ2＝0.04；1
‑
3)电磁散射特性参数设置：假设鸟类仿真视线角范围俯仰角θ∈[0
°
，180
°
]，角度间隔为0.1
°
，方位角φ∈[
‑
90
°
，90
°
]，角度间隔为0.5
°
，中心频率为3GHz，极化方式为水平极化HH，电磁计算方法选择矩量法MOM法；2)获取雷达视线在目标坐标系中的视线角序列：建立鸟类飞行航迹模型，结合公式(2)所示的坐标转换矩阵Q矩阵，求出雷达视线在目标坐标系中的视线角序列，包括：2
‑
1)鸟类飞行航迹生成：采用侧站盘旋航迹来获取目标的全向散射特性，动态仿真的侧站盘旋航迹包括目标速度、高度、速度滚转角以及偏航转角飞行状态因素，假定速度滚转角η＝30
°
，维持盘旋所需的半径R＝30km，飞行高度为10km，根据航迹参数，给出鸟类目标的初始位置，时间增量t，随后逐点计算得出鸟类目标在三维直角坐标系的飞行状态；2
‑
2)坐标系定义及转换关系：2
‑2‑
1)地面雷达坐标系O
g
X
g
Y
g
Z
g
，原点设在雷达处，O
g
X
g
轴为正东方向，O
g
Y
g
轴为正北方向，O
g
Z
g
轴铅垂向上，三者满足右手螺旋关系；2
‑2‑
2)目标坐标系O
b
X
b
Y
b
Z
b
，原点设在鸟体中心O
b
X
b
轴平行于鸟体轴线指向鸟头前方方向，O
b
Y
b
轴垂直于目标对称平面指向鸟翅侧方方向，O
b
Z
b
轴垂直于鸟体水平面指向鸟背上方方向，O
b
X
b
、O
b
Y
b
、O
b
Z
b
构成右手螺旋关系，鸟类目标坐标系相对于雷达坐标系的方位为目标的姿态角，目标姿态角定义如下：滚动角β、俯仰角γ、偏航角α，构成了鸟类目标姿态角，β为X
g
O
g
Y
g
平面与包含O
b
X
b
轴的铅垂面之间的夹角，γ为目标纵轴O
b
X
b
与X
g
O
g
Y
g
平面的夹角，α为目标纵轴O
b
X
b
在X
g
O
g
Y
g
平面的投影与O
b
X
b
轴的夹角；2
‑2‑
3)坐标转换公式：设飞行时鸟类目标质心0在雷达坐标系上表示为(x
g
(t)，y
g
(t)，z
g
(t))，从雷达坐标系到鸟体坐标系的变换过程表示为公式(1)所示；公式(1)中，(x，y，z)为雷达坐标系上任一点的坐标，(x
b
(t)，y
b
(t)，z
b
(t))为该点在目标坐标系上的坐标，(x
‑
x
g
(t)，y
‑
y
g
(t)，z
‑
z
g
(t))目的是将雷达坐标系原点平移到目标质心上，平移后的结果即为参考坐标系，Q为从雷达坐标系到目标坐标系的变换矩阵，其中Q矩阵为公式(2)所示：
将雷达坐标系上雷达位置坐标(0，0，0)代入公式(2)，得到雷达位置在鸟类目标坐标系上的坐标上的坐标鸟在雷达坐标系下的坐标已知，依据公式(1)
‑
公式(3)得到雷达视线在目标坐标系下的斜距r(t)、方位角φ(t)和俯仰角θ(t)分别如公式(4)、公式(5)、公式(6)所示：的斜距r(t)、方位角φ(t)和俯仰角θ(t)分别如公式(4)、公式(5)、公式(6)所示：的斜距r(t)、方位角φ(t)和俯仰角θ(t)分别如公式(4)、公式(5)、公式(6)所示：由公式(4)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏珉，黄润琴，王涛，刘丽丽，崔浩，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：