低空飞行昆虫的超宽带雷达有源无源监测机理研究

The insect radar is an important instrument for study of insect ecological behaviour. These days radar entomologists in many countries had observed the process of insect migration above one hundred meter mostly based on the scanning radar or the vertical-looking radar.Those radars were usually disable to detect flying insect at a lower altitude than one hundred meter.The study of flying insect at low altitude as a main field of most insects living is an important part of radar entomology.Because clutter in the echo signal of insect radar resulting from the ground and object at low altitude can make the radar operating badly or in vain,it is significative and necessary for radar to seek redress.By prevenient study and production in radar entomology,the corresponding method was proposed for the detection of different insects based on ultra wide band radar.In order to cut the cost of insect radar and enhance the flexibility of different geography need,the technology of single-station and bistantion passive location in the method was improved to obtain the important information of range,velocity and azimuth.The technologies,such as harmonic radar technique,wavelet analysis and Principal Component Analysis(PCA)techniques,was analyzed for clutter suppression.The mechanism of active and passive location for flying insect of low altitude based on ultra wide band radar can make use of the insect detection in agriculture and the counterreconnaissance in military information.

昆虫雷达是研究昆虫生态行为的一种重要工具。当前国内外昆虫雷达主要采用扫描雷达或垂直波束雷达监测百米高度以上的昆虫迁飞活动，至于距地面几十米高度以内飞行的昆虫因处在此类雷达的盲区范围内而无法监测。低空作为大多数昆虫的主要活动区域,是昆虫雷达应监测研究的重要范围，但在此区域雷达工作环境非常恶劣，易受地物回波等干扰影响而使得昆虫监测难度很大，因此该项研究符合现实需要却又极具挑战性。本课题主要在类似报导和前期的研究工作基础上，鉴于不同尺寸多种昆虫的监测需要，提出了基于超宽带雷达的低空飞行昆虫监测新方法，为降低雷达制造成本和提高机动性设计了相应的单站与双站无源定位方案，并引入谐波技术、主成分分析与小波分析等杂波抑制方法来获取低空飞行昆虫的距离速度方位等信息。通过这项研究可望形成超宽带雷达有源无源监测低空飞行昆虫的理论，为农业领域昆虫监测的实际应用与军事领域反电子侦察奠定理论基础和提供重要手段。

低空作为大多数昆虫的主要活动区域,是昆虫雷达应监测研究的重要范围，但在此区域雷达工作环境非常恶劣，易受地物回波等干扰影响而使得昆虫监测难度很大，因此该项研究符合现实需要却又极具挑战性。本课题主要在类似报导和前期的研究工作基础上，为满足多种不同体型大小的低空飞行昆虫监测需要，提出了基于超宽带雷达的低空飞行昆虫监测新方法，为降低雷达制造成本和提高机动性设计了相应的单站与双站无源定位方案，以利于获取低空飞行昆虫的距离速度方位等信息。超宽带昆虫雷达有源无源监测低空飞行昆虫的研究主要具有如下优点和特色：①采用对数周期偶极天线环形阵，设计各阵元天线虚顶点共圆的空心环调整阵列的物理孔径，在信噪比较高的情况下适当调整阵列的物理孔径可获得较高的角度分辨力。②选择静止的单站与双站无源定位技术并做相应的改进，设计以单站无源定位为主双站无源定位为辅的配套方案，兼顾单站和双站无源定位的优点，弥补单站无源定位的不足,省去了昂贵的高功率发射机使系统制造成本降低且对环境友好便于机动。③改进了宽带DOA估计算法，引入谐波雷达技术与宽频信号多维空间谱估计相结合，抑制人造金属目标和运动电子设备等造成的杂波干扰。. 本课题通过计算机仿真，分析了空心环的角度分辨力，仿真结果说明了该设计具有的优势，在相应的信噪比条件下可获得较高的阵列角度分辨力；分析了两只不同尺寸的低空飞行目标的二维MUSIC谱，仿真结果与理论分析一致；设计了仿真实验有源测试系统，利用单站无源定位技术对非径向匀速直线飞行昆虫的监测定位问题进行了仿真研究，最后仿真分析了利用双站无源定位技术对径向匀速直线飞行昆虫的监测定位问题。仿真结果与理论要求一致,符合理论上的要求。因此这项研究为超宽带昆虫雷达无源监测低空飞行昆虫的具体工程应用奠定了理论基础，可望为农业领域昆虫监测的实际应用与军事领域反电子侦察奠定理论基础和提供重要手段。