基于多普勒效應(yīng)的隱蔽昆蟲探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多普勒雷達模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機數(shù)據(jù)儲存和顯示模塊、電源模塊組成。該系統(tǒng)通過對昆蟲運動產(chǎn)生的多普勒回波信號進行采集，然后通過數(shù)字信號處理模塊對昆蟲運動多普勒回波信號進行小波變換，提取昆蟲運動多普勒信號的時頻特性并與仿真數(shù)據(jù)進行，獲取和記錄當前隱蔽昆蟲的運動形態(tài)和位置信息。利用本發(fā)明可以完成隱蔽昆蟲運動形態(tài)的記錄與保存，為隱蔽昆蟲的研究提供實驗數(shù)據(jù)支持。通過對封閉目標體的探測可判斷其內(nèi)部是否受害蟲侵染，在隱蔽有害昆蟲檢疫檢驗方面能發(fā)揮相當重要的作用。
【專利說明】基于多普勒效應(yīng)的隱蔽昆蟲探測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用微波雷達透射被測 目標體，然后運用小波變換對昆蟲運動產(chǎn)生的多普勒回波信號的進行分析。結(jié)合昆蟲運動 特性仿真數(shù)據(jù)，實現(xiàn)隱蔽昆蟲種類、位置和運動形態(tài)的準確判定。

【背景技術(shù)】
[0002] 當前非接觸式隱蔽昆蟲的探測方法有聲測法、近紅外光譜法、X射線法、電導法和 圖像識別法等。
[0003] 聲測法可探測鉆蛀和非鉆蛀昆蟲。該方法檢測輕便，簡單、快速，靈敏度高。但是 不能探測糧食中的死蟲，受環(huán)境噪聲干擾較大，不易探測早期成長階段的幼蟲，無法對昆蟲 的運動形態(tài)進行判別。
[0004] 近紅外光譜法是利用不同探測目標體對近紅外光的吸收及反射的差異，通過紅外 成像技術(shù)探測目標中隱蔽昆蟲，該方法在探測的過程中不需要準備樣本，探測速度比較快， 而且能夠得到昆蟲的運動狀態(tài)。但是對昆蟲侵蝕率低的目標無法探測出準確結(jié)果；在探測 過程中對探測目標的濕度要求比較高，且探測設(shè)備的成本比較高。
[0005] X射線法是一種直接探測隱蔽昆蟲的方法。系統(tǒng)利用X射線獲取探測目標內(nèi)部圖 像，由計算機處理獲取到的圖像信息來識別隱蔽昆蟲。其優(yōu)勢在于不需要將樣本進行均攤， 但由于設(shè)備成本較高，且輻射會對被探測目標體和人員帶來一定的危害，因而沒有得到很 好的應(yīng)用。
[0006] 電導法是通過測量探測目標體的電阻值來反映當前目標的含水率，由此來識別隱 蔽昆蟲的存在，此方法實現(xiàn)比較復雜，需要探測目標依次通過，探測速度較慢。
[0007] 圖像識別法利用（XD攝像頭獲取探測目標體的表面信息，通過圖像處理技術(shù)將昆 蟲邊緣分離出來，獲得目標體當前隱蔽昆蟲信息。但僅僅通過表面信息處理不能發(fā)現(xiàn)探測 目標內(nèi)部昆蟲。
[0008] 上述的隱蔽昆蟲探測方法各有所長，要獲得較為準確的隱蔽昆蟲信息，需要幾種 方法并存。因此未來隱蔽昆蟲探測的發(fā)展趨勢是開發(fā)一種快速、準確、無損傷的隱蔽昆蟲探 測技術(shù)。
[0009] 近年來隨著高頻電磁波技術(shù)的發(fā)展，基于高頻電磁波的高效、快速、非破壞、無污 染探測技術(shù)逐步興起，該技術(shù)已成功運用到目的成像、探測雷達、檢測昆蟲遷徙運動和白蟻 探測等領(lǐng)域。但目前國內(nèi)外沒有基于多普勒效應(yīng)的隱蔽昆蟲探測系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是利用多普勒雷達技術(shù)實現(xiàn)非接觸式隱蔽昆蟲的探測。 通過對回波信號進行分析，判斷和記錄隱蔽昆蟲運動特性。本發(fā)明公開了一種通過多普勒 雷達判別和記錄隱蔽昆蟲運動形態(tài)的方法。該方法將多普勒雷達技術(shù)應(yīng)用于非接觸式隱蔽 昆蟲的探測中，可對食品、地下、木材中的隱蔽害蟲進行實時探測，以減少隱蔽昆蟲給日后 生產(chǎn)和生活帶來的潛在危害。
[0011] 本系統(tǒng)由多普勒雷達模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位 機數(shù)據(jù)儲存和顯示模塊、電源模塊組成。
[0012] 多普勒雷達模塊，由射頻天線、壓控振蕩器、功率放大電路、功率分配器、混頻器、 多普勒濾波器、中頻放大器和低通濾波器組成。
[0013] 所述的多普勒雷達模塊探測隱蔽昆蟲運動形態(tài)原理如下：
[0014] 多普勒雷達模塊通過射頻前端發(fā)射固定頻率的高頻電磁波到探測目標體，發(fā)射波 與探測目標體交互作用后被反射回多普勒雷達模塊射頻前端。反射波頻率、相位、幅度的變 化反映了探測目標體的某種特征。該發(fā)明就是利用回波頻率和幅度為分析指標，判斷探測 目標體的活動狀態(tài)。
[0015] 當雷達發(fā)射的載波被探測目標體表面所反射時，由于目標體的運動引起的多普勒 效應(yīng)，會產(chǎn)生一種窄帶調(diào)相的反射波：
[0016] S (t) = cos ( ω 〇t+Φ (t))
[0017] 其中ω。為載波的角頻率，φ⑴為發(fā)射信號引入的附加相移。利用傳輸線理論， 可以的到相位偏移為
[0018] Φ ⑴=4 π X ⑴ / λ
[0019] 其中，x(t)為探測目標體運動位移，λ為雷達波在探測介質(zhì)中的波長。而在接收 端利用相干檢測法解調(diào)出附加相移。對Φ (t)求微分即可得到多普勒頻移：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng)，其特征在于本系統(tǒng)由多普 勒雷達模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機數(shù)據(jù)儲存和顯示模 塊、電源模塊組成。多普勒雷達模塊通過屏蔽電纜連接A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)字信號處理模塊通 過屏蔽電纜連接A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊通過屏蔽電纜連接數(shù)字信號處理模塊，上位 機數(shù)據(jù)儲存和顯示模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式連接數(shù)據(jù)傳輸模塊，電源模塊通過電纜連接 多普勒雷達模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機數(shù)據(jù)儲存和顯示 模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng),其特征 在于所述的多普勒雷達模塊由射頻天線、壓控振蕩器、功率放大電路、功率分配器、混頻器、 多普勒濾波器、中頻放大器和低通濾波器組成，各個單元間通過屏蔽線纜進行信號連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng)，其特征 在于所述的射頻天線為微帶天線，通頻帶為2. 4GHz?2. 5GHz。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng)，其特征 在于所述的壓控振蕩器，工作頻段為2. 45GHz。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng)，其特征 在于所述的功率放大電路，產(chǎn)生的功率放大增益為20dB。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng),其特征 在于所述的數(shù)字信號處理模塊通過對昆蟲運動產(chǎn)生的多普勒回波信號進行采集，然后通過 數(shù)字信號處理模塊對昆蟲運動多普勒回波信號進行小波變換，提取昆蟲運動多普勒信號的 時頻特性與仿真數(shù)據(jù)進行，獲取和記錄當前隱蔽昆蟲種類、位置和運動形態(tài)等信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多普勒效應(yīng)的非接觸式隱蔽昆蟲運動探測系統(tǒng),其特征 在于所述的上位機數(shù)據(jù)儲存和顯示模塊對無線發(fā)送的數(shù)據(jù)進行接收，并且將處理后的數(shù)據(jù) 保存到本地數(shù)據(jù)庫中。
【文檔編號】G01S7/41GK104142499SQ201410077660
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】侯加林, 郎需強, 王濤, 魏珉, 吳彥強, 王秀峰 申請人:侯加林