本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標雷達成像方法，具體為：本發(fā)明專利技術(shù)的內(nèi)容是通過建立多干擾環(huán)境中面—體復(fù)合目標散射模型，并采用數(shù)值與解析混合算法的電磁仿真計算和快速后向投影成像方式對海洋環(huán)境中的電大尺寸目標進行雷達成像。本發(fā)明專利技術(shù)中電大尺寸是指目標的物理尺寸跟波長的比值大于10。雷達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，包括戰(zhàn)斗機、隱身飛機、航空母艦等在上述波段都屬于電大尺寸。本發(fā)明專利技術(shù)方法中，通過復(fù)雜目標幾何建模，電磁仿真計算和快速后向投影成像算法以及Kaiser窗邊緣濾波，即可實現(xiàn)對海洋環(huán)境中的電大尺寸目標快速有效的雷達成像。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于目標雷達成像領(lǐng)域，具體涉及一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標進雷達成像方法。
技術(shù)介紹
考慮到我國海域遼闊，對海洋上的飛機、漁船、軍艦、油輪進行監(jiān)測和定位，實現(xiàn)目標信息的提取和自動分類，在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)上都有著重大意義。然而，由于各種地、海雜波的干擾，導(dǎo)致了近海岸或者遠海環(huán)境中目標檢測的困難。目前，經(jīng)典的Doppler頻域分離目標檢測方法，難以準確區(qū)分強海洋雜波環(huán)境中的船只究竟是漁船、油輪還是軍艦。對于雷達監(jiān)測中地面或海面上的復(fù)雜目標，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算機內(nèi)存和很長的計算時間，這就限制了數(shù)值方法的應(yīng)用。對于 電大尺寸目標，一般認為處于光學(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，其精度無法與數(shù)值方法相比。而且，國外也開發(fā)了多種成熟的基于高頻方法的計算工具，如REC0TA、XPatch, GRECO等，大多是對單個復(fù)雜目標的雷達散射截面估算，通用性不夠；甚至對用戶規(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)實際工程研究中目標與雜波環(huán)境下復(fù)合散射的問題多樣性。為了更好地從海雜波中提取和識別目標特征，必須從海洋雜波環(huán)境中復(fù)雜目標電磁散射的機理出發(fā)，才能快速有效地對海洋雜波環(huán)境中的目標進行檢測，準確區(qū)分不同的目標。因此，開發(fā)多干擾環(huán)境中目標的復(fù)合散射模型，并采用數(shù)值與解析混合算法，開發(fā)有效的海洋雜波環(huán)境中復(fù)雜目標的雷達成像仿真軟件，這是一種快速有效地獲得動態(tài)起伏海面上艦船與低空飛行目標耦合的全極化雷達成像模擬的途徑。中國專利號200910087133. 6中設(shè)計了一種三維復(fù)雜目標的合成孔徑雷達圖像仿真方法，通過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，通過讀入三維目標的三角面元模型，利用SBR算法求出全極化的目標散射系數(shù)的三維空間分布，然后利用目標模型和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SAR圖像。但是這種方法有幾種缺陷一、該專利采用的SBR算法屬于射線追蹤法，對于復(fù)雜目標來說，目標面元剖分得要盡可能大，因此在目標的陰影邊界、腔體等區(qū)域的計算精度明顯不夠。二、該算法利用z-buffer來完成入射電磁波的一次射線尋跡，z_buffer算法是較簡單的消除隱藏面的算法之一，其缺點是占用空間大，沒有利用圖形的相關(guān)性與連續(xù)性。三、該專利只適用于單目標的SAR成像處理，對于面一體復(fù)合目標的情況不能實現(xiàn)。四、該專利沒有考慮海洋雜波環(huán)境中的目標電磁特性，海面散射場及目標與海面之間的耦合散射場將給目標散射回波帶來強雜波，從而在應(yīng)用雷達檢測、識別目標時，導(dǎo)致虛警的出現(xiàn)；同時，海面散射場及其與低飛目標的耦合散射場也給海上目標的跟蹤帶來很大的困難，因此需要一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標雷達成像技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有在復(fù)雜環(huán)境下把雷達原始數(shù)據(jù)模擬、成像和模式識別三者相結(jié)合技術(shù)的不足和缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標雷達成像方法，其內(nèi)容是通過建立多干擾環(huán)境中面一體復(fù)合目標散射模型，并采用數(shù)值與解析混合算法的電磁仿真計算和快速后向投影成像方式對海洋環(huán)境中的電大尺寸目標進行雷達成像。本專利技術(shù)中電大尺寸是指目標的物理尺寸跟波長的比值大于10。雷達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，包括戰(zhàn)斗機、隱身飛機、航空母艦等在上述波段都屬于電大尺寸。本專利技術(shù)提出的一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標雷達成像方法，具體步驟如下 (1)，在仿真軟件主界面菜單中選取目標模型，在選取的目標模型基礎(chǔ)上建立海洋上空電大尺寸目標幾何模型，采用GMSH方法對目標幾何模型中的目標進行初始網(wǎng)格剖分，設(shè)定剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數(shù)； (2)，根據(jù)步驟(I)得到的初始風(fēng)格剖分設(shè)定的剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數(shù)通過海洋譜建模生成三維動態(tài)起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學(xué)數(shù)值混合算法進行電磁仿真計算，同時設(shè)置各種雷達工作參數(shù)和海洋表面生成，得到散射場計算結(jié)果，所述雷達工作參數(shù)包括雷達距離分辨率，入射角、方位角、場景尺寸以及方位參數(shù)。散射場計算過程為設(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可以表示為平行極化與垂直極化的疊加。散射場可近似表達為本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標雷達成像方法，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模型，在選取的目標模型基礎(chǔ)上建立海洋上空電大尺寸目標幾何模型，采用GMSH方法對目標幾何模型中的目標進行初始網(wǎng)格剖分，設(shè)定剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數(shù)；(2)，根據(jù)步驟(1)得到的初始風(fēng)格剖分設(shè)定的剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數(shù)通過海洋譜建模生成三維動態(tài)起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學(xué)數(shù)值混合算法進行電磁仿真計算，同時設(shè)置各種雷達工作參數(shù)和海洋表面生成，得到散射場計算結(jié)果，所述雷達工作參數(shù)包括雷達距離分辨率，入射角、方位角、場景尺寸以及方位參數(shù)；散射場計算過程為：設(shè)入射角為θi？、？φi，散射角為？θs？、φs引入Fresnel反射系數(shù)Rh與Rv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表示為平行極化與垂直極化的疊加；散射場可近似表達為：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(1)？其中：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(2a)？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(2b)？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(2c)？？？？？？？？？？？？？？(2d)？？？？？？？？(2e)？？？？？？？？(2f)？其中：？是面元法向矢量，？和？為面元局部入射坐標系.？為入射場極化矢量,分為水平極化入射？和垂直極化入射？，？并且(,,)構(gòu)成一組正交坐標系；和？？分別是相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率；所述海洋譜建模表達式為：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？（3）其中，k？是電磁波數(shù)，g是重力加速度，U_wind？是海面風(fēng)速，，？s是常數(shù)，取？1.5×10？4？m2,φ為海洋表面風(fēng)向角；海面風(fēng)速U_wind？的計算公式如下：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？（4）其中，，是摩擦速度，z是海面高度；(3)，將步驟(2)得到的散射計算結(jié)果采用快速后向投影成像算法結(jié)合Kaiser窗函數(shù)進行邊緣濾波選取合適的參數(shù)做目標特征提取，建立目標散射特性與幾何結(jié)構(gòu)特征的對應(yīng)關(guān)系,？為目標識別提供圖像數(shù)據(jù)驗證，經(jīng)過極化處理，獲得全極化雷達成像結(jié)果；根據(jù)成像算法FBP？分析不同入射、雷達的頻率等參數(shù)下的目標特征；成像借助信號處理，從回波信號中還原出目標函數(shù)：？？？？？？？？？？？？(5)？？？？？？？？？？？(6)？？？？？？？？？？？(7)其中，是發(fā)射信號,？s(t,u)？是t時刻、u處的回波信號,？代表卷積，星號代表復(fù)共軛；對成像區(qū)域的每一個像素，計算出在對應(yīng)的一個合成孔徑時間內(nèi)，它與每個位置之間的時延后，在距離壓縮后的數(shù)據(jù)矩陣中找出相應(yīng)的累積曲線，并沿此曲線將所有信號進行相干迭加，得到這個像素的能量和,？即為該點的圖像。77528dest_path_image001.jpg,445055dest_path_image002.jpg,608052dest_path_image003.jpg,86438dest_path_image004.jpg,916860dest_path_image005.jpg,189709dest_path_image006.jpg,105582dest_path_image007.jpg,122079dest_path_image008.jpg,807007dest_path_image009.jpg,250758dest_path_image010.jpg,653926dest_path_image011.jpg,598749dest_path_image012.jpg,138183dest_path_image013.jpg,18415dest_path_image012.jpg,643300dest_path_image013.jpg,188551dest_path_image014.jpg,785754dest_path_image015.jpg,571308dest_path_image016.jpg,683489dest_path_image017.jpg,845480dest_path_image018.jpg,172556dest_path_image019.jpg,667295dest_path_image020.jpg,204456dest_path_image021.jpg,904558dest_path...
【技術(shù)特征摘要】
1. 一種海洋雜波環(huán)境中電大尺寸目標雷達成像方法，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模型，在選取的目標模型基礎(chǔ)上建立海洋上空電大尺寸目標幾何模型，采用GMSH方法對目標幾何模型中的目標進行初始網(wǎng)格剖分，設(shè)定剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數(shù)； (2)，根據(jù)步驟(I)得到的初始風(fēng)格剖分設(shè)定的剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數(shù)通過海洋譜建模生成三維動態(tài)起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學(xué)數(shù)值混合算法進行電磁仿真計算，同時設(shè)置各種雷達工作參數(shù)和海洋表面生成，得到散射場計算結(jié)果，所述雷達工作參數(shù)包括雷達距離分辨率，入射角、方位角、場景尺寸以及方位參數(shù)； 散射...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳霞，
申請(專利權(quán))人：同濟大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。