專(zhuān)利名稱(chēng)：一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于目標(biāo)雷達(dá)成像領(lǐng)域，具體涉及一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)進(jìn)雷達(dá)成像方法。
背景技術(shù)：
考慮到我國(guó)海域遼闊，對(duì)海洋上的飛機(jī)、漁船、軍艦、油輪進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息的提取和自動(dòng)分類(lèi)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)上都有著重大意義。然而，由于各種地、海雜波的干擾，導(dǎo)致了近海岸或者遠(yuǎn)海環(huán)境中目標(biāo)檢測(cè)的困難。目前，經(jīng)典的Doppler頻域分離目標(biāo)檢測(cè)方法，難以準(zhǔn)確區(qū)分強(qiáng)海洋雜波環(huán)境中的船只究竟是漁船、油輪還是軍艦。對(duì)于雷達(dá)監(jiān)測(cè)中地面或海面上的復(fù)雜目標(biāo)，因其復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)和電大尺寸，使得數(shù)值方法需要很大的計(jì)算機(jī)內(nèi)存和很長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，這就限制了數(shù)值方法的應(yīng)用。對(duì)于 電大尺寸目標(biāo)，一般認(rèn)為處于光學(xué)區(qū)，以往多選擇高頻近似方法，如Kirchhoff切平面法、幾何光學(xué)法、物理光學(xué)法、幾何繞射理論、物理繞射理論、射線追蹤法等。但是，其精度無(wú)法與數(shù)值方法相比。而且，國(guó)外也開(kāi)發(fā)了多種成熟的基于高頻方法的計(jì)算工具，如REC0TA、XPatch, GRECO等，大多是對(duì)單個(gè)復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)散射截面估算，通用性不夠；甚至對(duì)用戶(hù)規(guī)定一定的使用權(quán)限。從根本上講，其本身不能完全適應(yīng)實(shí)際工程研究中目標(biāo)與雜波環(huán)境下復(fù)合散射的問(wèn)題多樣性。為了更好地從海雜波中提取和識(shí)別目標(biāo)特征，必須從海洋雜波環(huán)境中復(fù)雜目標(biāo)電磁散射的機(jī)理出發(fā)，才能快速有效地對(duì)海洋雜波環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確區(qū)分不同的目標(biāo)。因此，開(kāi)發(fā)多干擾環(huán)境中目標(biāo)的復(fù)合散射模型，并采用數(shù)值與解析混合算法，開(kāi)發(fā)有效的海洋雜波環(huán)境中復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)成像仿真軟件，這是一種快速有效地獲得動(dòng)態(tài)起伏海面上艦船與低空飛行目標(biāo)耦合的全極化雷達(dá)成像模擬的途徑。中國(guó)專(zhuān)利號(hào)200910087133. 6中設(shè)計(jì)了一種三維復(fù)雜目標(biāo)的合成孔徑雷達(dá)圖像仿真方法，通過(guò)采用彈射線法原理和SAR仿真成像技術(shù)相結(jié)合的方法得到高分辨全極化的SAR圖像，通過(guò)讀入三維目標(biāo)的三角面元模型，利用SBR算法求出全極化的目標(biāo)散射系數(shù)的三維空間分布，然后利用目標(biāo)模型和SAR幾何參數(shù)求得背景雜波的散射系數(shù)分布以及陰影區(qū)，最后將目標(biāo)和背景散射系數(shù)投影到斜平面，利用SAR回波仿真和成像算法獲取高分辨率全極化的軍事目標(biāo)SAR圖像。但是這種方法有幾種缺陷一、該專(zhuān)利采用的SBR算法屬于射線追蹤法，對(duì)于復(fù)雜目標(biāo)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)面元剖分得要盡可能大，因此在目標(biāo)的陰影邊界、腔體等區(qū)域的計(jì)算精度明顯不夠。二、該算法利用z-buffer來(lái)完成入射電磁波的一次射線尋跡，z_buffer算法是較簡(jiǎn)單的消除隱藏面的算法之一，其缺點(diǎn)是占用空間大，沒(méi)有利用圖形的相關(guān)性與連續(xù)性。三、該專(zhuān)利只適用于單目標(biāo)的SAR成像處理，對(duì)于面一體復(fù)合目標(biāo)的情況不能實(shí)現(xiàn)。四、該專(zhuān)利沒(méi)有考慮海洋雜波環(huán)境中的目標(biāo)電磁特性，海面散射場(chǎng)及目標(biāo)與海面之間的耦合散射場(chǎng)將給目標(biāo)散射回波帶來(lái)強(qiáng)雜波，從而在應(yīng)用雷達(dá)檢測(cè)、識(shí)別目標(biāo)時(shí)，導(dǎo)致虛警的出現(xiàn)；同時(shí)，海面散射場(chǎng)及其與低飛目標(biāo)的耦合散射場(chǎng)也給海上目標(biāo)的跟蹤帶來(lái)很大的困難，因此需要一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有在復(fù)雜環(huán)境下把雷達(dá)原始數(shù)據(jù)模擬、成像和模式識(shí)別三者相結(jié)合技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法，其內(nèi)容是通過(guò)建立多干擾環(huán)境中面一體復(fù)合目標(biāo)散射模型，并采用數(shù)值與解析混合算法的電磁仿真計(jì)算和快速后向投影成像方式對(duì)海洋環(huán)境中的電大尺寸目標(biāo)進(jìn)行雷達(dá)成像。本發(fā)明中電大尺寸是指目標(biāo)的物理尺寸跟波長(zhǎng)的比值大于10。雷達(dá)工作的頻段一般是在高頻區(qū)域，例如L波段頻率范圍是1-2 GHz，S波段在2-4 GHz0 一些軍事目標(biāo)，包括戰(zhàn)斗機(jī)、隱身飛機(jī)、航空母艦等在上述波段都屬于電大尺寸。本發(fā)明提出的一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法，具體步驟如下
(1)，在仿真軟件主界面菜單中選取目標(biāo)模型，在選取的目標(biāo)模型基礎(chǔ)上建立海洋上空電大尺寸目標(biāo)幾何模型，采用GMSH方法對(duì)目標(biāo)幾何模型中的目標(biāo)進(jìn)行初始網(wǎng)格剖分，設(shè)定剖分類(lèi)型、面元剖分尺寸以及計(jì)算頻率參數(shù)；
(2)，根據(jù)步驟(I)得到的初始風(fēng)格剖分設(shè)定的剖分類(lèi)型、面元剖分尺寸以及計(jì)算頻率參數(shù)通過(guò)海洋譜建模生成三維動(dòng)態(tài)起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學(xué)數(shù)值混合算法進(jìn)行電磁仿真計(jì)算，同時(shí)設(shè)置各種雷達(dá)工作參數(shù)和海洋表面生成，得到散射場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，所述雷達(dá)工作參數(shù)包括雷達(dá)距離分辨率，入射角、方位角、場(chǎng)景尺寸以及方位參數(shù)。散射場(chǎng)計(jì)算過(guò)程為設(shè)入射角為Θ i、(M，散射角為0S、φ8這里引入Fresnel反射系數(shù)慫與兄分別表示平行于入射面與垂直于入射面，因此任意極化方向的入射電場(chǎng)可以表示為平行極化與垂直極化的疊加。散射場(chǎng)可近似表達(dá)為
權(quán)利要求
1. 一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法，其特征在于具體步驟如下 (1)，在仿真軟件主界面菜單中選取目標(biāo)模型，在選取的目標(biāo)模型基礎(chǔ)上建立海洋上空電大尺寸目標(biāo)幾何模型，采用GMSH方法對(duì)目標(biāo)幾何模型中的目標(biāo)進(jìn)行初始網(wǎng)格剖分，設(shè)定剖分類(lèi)型、面元剖分尺寸以及計(jì)算頻率參數(shù)； (2)，根據(jù)步驟(I)得到的初始風(fēng)格剖分設(shè)定的剖分類(lèi)型、面元剖分尺寸以及計(jì)算頻率參數(shù)通過(guò)海洋譜建模生成三維動(dòng)態(tài)起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學(xué)數(shù)值混合算法進(jìn)行電磁仿真計(jì)算，同時(shí)設(shè)置各種雷達(dá)工作參數(shù)和海洋表面生成，得到散射場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，所述雷達(dá)工作參數(shù)包括雷達(dá)距離分辨率，入射角、方位角、場(chǎng)景尺寸以及方位參數(shù)； 散射場(chǎng)計(jì)算過(guò)程為設(shè)入射角為θ 、Φ ，散射角為θ8、φ8引入Fresnel反射系數(shù)慫與兄分別表示平行于入射面與垂直于入射面，因此任意極化方向的入射電場(chǎng)表不為平行極化與垂直極化的疊加；散射場(chǎng)可近似表達(dá)為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法，其特征在于步驟(3)中所述快速后向投影算法是通過(guò)對(duì)電大尺寸復(fù)合目標(biāo)采用數(shù)值混合方法求得的電磁散射計(jì)算結(jié)果進(jìn)行成像處理，獲得hh \ hv \ Vh \ VV全極化的雷達(dá)圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法，其特征在于所述合適的Kaiser窗函數(shù)參數(shù)α為2. 2時(shí),獲得最優(yōu)邊緣濾波效果；Kaiser窗函數(shù)的表達(dá)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標(biāo)雷達(dá)成像方法，具體為本發(fā)明的內(nèi)容是通過(guò)建立多干擾環(huán)境中面—體復(fù)合目標(biāo)散射模型，并采用數(shù)值與解析混合算法的電磁仿真計(jì)算和快速后向投影成像方式對(duì)海洋環(huán)境中的電大尺寸目標(biāo)進(jìn)行雷達(dá)成像。本發(fā)明中電大尺寸是指目標(biāo)的物理尺寸跟波長(zhǎng)的比值大于10。雷達(dá)工作的頻段一般是在高頻區(qū)域，例如L波段頻率范圍是1-2GHz，S波段在2-4GHz。一些軍事目標(biāo)，包括戰(zhàn)斗機(jī)、隱身飛機(jī)、航空母艦等在上述波段都屬于電大尺寸。本發(fā)明方法中，通過(guò)復(fù)雜目標(biāo)幾何建模，電磁仿真計(jì)算和快速后向投影成像算法以及Kaiser窗邊緣濾波，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境中的電大尺寸目標(biāo)快速有效的雷達(dá)成像。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102901965SQ201210361270
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者吳霞 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)