[发明专利]基于最近邻域法关联和高斯波束体积的昆虫密度统计方法

说明书

本发明公开了基于最近邻域法关联和高斯波束体积的昆虫密度统计方法，为精确统计迁飞昆虫各个高度层的密度提供了一种有效的手段。相对于已有的昆虫雷达密度统计方法，本方法通过最近邻域法关联出现在不同扫描波位的同一只昆虫，在有效防止对同一昆虫多次统计的同时，还降低了检测的虚警率；通过高斯波束计算雷达探测体积，并考虑了不同RCS的昆虫对应的雷达可探测区域不同，体积计算更加合理。

技术领域

本发明属于昆虫雷达技术领域，涉及基于最近邻域法关联和高斯波束体积的昆虫密度统计方法。

背景技术

昆虫迁飞是昆虫学中一个非常重要的生物现象。对昆虫迁飞的研究可以帮助人类提高对自然的认识、增强对病虫害的预警及防治等。获取昆虫迁飞的时间、种类、方向、高度和密度等特征参数对研究昆虫迁飞具有重要意义。

在昆虫迁飞过程中，会有分层现象发生。在生物学中，往往想要知道昆虫在各个高度层的分布密度，以了解昆虫的迁飞习性乃至生活习性。昆虫雷达作为检测高空昆虫迁飞的有力工具，能够快速、高效地完成昆虫密度统计的工作。

扫描型昆虫雷达可以对大空域进行快速扫描，以此获得大空域范围内昆虫数量、密度及分布等信息。在利用雷达数据统计昆虫密度时，传统方法是雷达在某个俯仰角下旋转360°，统计雷达检测到的昆虫数目，以平均的昆虫雷达散射截面积(Radar-CrossSection RCS)计算雷达的可探测体积并作为总体积，最后昆虫数量除以总体积获得密度。

然而这种方法存在两个问题：其一，在扫描雷达探测中，雷达的可探测体积计算十分复杂，对不同RCS的目标，雷达的最远探测距离不同，故其可探测体积差距十分大。而传统方法只是采用平均的RCS统一计算可探测体积，误差很大；其二，昆虫的数量统计：由于大昆虫的RCS较大，所以其雷达的探测距离就较远，故雷达的最远探测距离就对应较大。因此在雷达扫描的过程中，大昆虫会更长时间地停留在可测探测体积内，在多个波位被多次检测到，这就会导致对一个昆虫进行了多次统计。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于最近邻域法关联和高斯波束体积的昆虫密度统计方法，能够提高昆虫密度的精度值，为精确统计迁飞昆虫各个高度层的密度提供了一种有效的手段。

基于最近邻域法关联和高斯波束体积的昆虫密度统计方法：

步骤一、利用二维扫描的昆虫雷达观测迁飞昆虫，获得各波位下的昆虫雷达回波；对各波位下的昆虫雷达回波进行脉冲多普勒PD处理后，获得各波位下的雷达数据；采用最近邻域法关联各波位下的雷达数据，获得昆虫航迹；通过昆虫航迹划分获得各个高度层、各个昆虫雷达散射截面积RCS段内的昆虫数目；

步骤二、利用高斯波束旋转积分获得不同RCS段内的、不同高度层的昆虫雷达扫描体积；

步骤三、根据所述昆虫雷达扫描体积，以及各RCS段、各高度层内昆虫的数量，获得各RCS段、各高度层对应的昆虫密度。

较佳地，步骤一中，所述采用最近邻域法关联各波位下的雷达数据，获得昆虫航迹的具体方法为：

步骤1确定各波位下的雷达数据中的每个检测单元是否存在目标；

步骤2确定跟踪空间：将昆虫雷达每个波位的固有探测距离进行离散化处理，获得一系列距离单元；将属于同一波位的距离单元形成一行，按昆虫雷达扫描一屏的所有波位的波位的顺序行成一个矩形；之后，将步骤1中存在目标的检测单元所对应的距离单元处记录该目标的信噪比数值；不存在目标的检测单元所对应的距离单元记录为“0”，最终形成一个矩阵，该矩阵即为跟踪空间；

步骤3根据昆虫雷达扫过一个波束宽度的角度需要的相干处理间隔CPI值，确定关联门的时间门限；根据昆虫在一个CPI内能够跨越的最大距离单元数作为关联门的距离门限；