專利名稱：一種海洋雜波環境中電大尺寸目標雷達成像方法
技術領域：
本發明屬于目標雷達成像領域，具體涉及一種海洋雜波環境中電大尺寸目標進雷達成像方法。
背景技術：
考慮到我國海域遼闊，對海洋上的飛機、漁船、軍艦、油輪進行監測和定位，實現目標信息的提取和自動分類，在國民經濟和國防建設上都有著重大意義。然而，由于各種地、海雜波的干擾，導致了近海岸或者遠海環境中目標檢測的困難。目前，經典的Doppler頻域分離目標檢測方法，難以準確區分強海洋雜波環境中的船只究竟是漁船、油輪還是軍艦。對于雷達監測中地面或海面上的復雜目標，因其復雜的物理結構和電大尺寸，使得數值方法需要很大的計算機內存和很長的計算時間，這就限制了數值方法的應用。對于 電大尺寸目標，一般認為處于光學區，以往多選擇高頻近似方法，如Kirchhoff切平面法、幾何光學法、物理光學法、幾何繞射理論、物理繞射理論、射線追蹤法等。但是，其精度無法與數值方法相比。而且，國外也開發了多種成熟的基于高頻方法的計算工具，如REC0TA、XPatch, GRECO等，大多是對單個復雜目標的雷達散射截面估算，通用性不夠；甚至對用戶規定一定的使用權限。從根本上講，其本身不能完全適應實際工程研究中目標與雜波環境下復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，必須從海洋雜波環境中復雜目標電磁散射的機理出發，才能快速有效地對海洋雜波環境中的目標進行檢測，準確區分不同的目標。因此，開發多干擾環境中目標的復合散射模型，并采用數值與解析混合算法，開發有效的海洋雜波環境中復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中設計了一種三維復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仿真成像技術相結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的三維空間分布，然后利用目標模型和SAR幾何參數求得背景雜波的散射系數分布以及陰影區，最后將目標和背景散射系數投影到斜平面，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性與連續性。三、該專利只適用于單目標的SAR成像處理，對于面一體復合目標的情況不能實現。四、該專利沒有考慮海洋雜波環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，從而在應用雷達檢測、識別目標時，導致虛警的出現；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境中電大尺寸目標雷達成像技術。
發明內容
為了克服現有在復雜環境下把雷達原始數據模擬、成像和模式識別三者相結合技術的不足和缺陷，本發明的目的在于提供一種海洋雜波環境中電大尺寸目標雷達成像方法，其內容是通過建立多干擾環境中面一體復合目標散射模型，并采用數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境中的電大尺寸目標進行雷達成像。本發明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。本發明提出的一種海洋雜波環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格剖分，設定剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數；
(2)，根據步驟(I)得到的初始風格剖分設定的剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數通過海洋譜建模生成三維動態起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學數值混合算法進行電磁仿真計算，同時設置各種雷達工作參數和海洋表面生成，得到散射場計算結果，所述雷達工作參數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。散射場計算過程為設入射角為Θ i、(M，散射角為0S、φ8這里引入Fresnel反射系數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
權利要求
1. 一種海洋雜波環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格剖分，設定剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數； (2)，根據步驟(I)得到的初始風格剖分設定的剖分類型、面元剖分尺寸以及計算頻率參數通過海洋譜建模生成三維動態起伏海洋表面，采用多層快速多極子和物理光學數值混合算法進行電磁仿真計算，同時設置各種雷達工作參數和海洋表面生成，得到散射場計算結果，所述雷達工作參數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； 散射場計算過程為設入射角為θ 、Φ ，散射角為θ8、φ8引入Fresnel反射系數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表不為平行極化與垂直極化的疊加；散射場可近似表達為
2.根據權利要求I所述的海洋雜波環境中電大尺寸目標雷達成像方法，其特征在于步驟(3)中所述快速后向投影算法是通過對電大尺寸復合目標采用數值混合方法求得的電磁散射計算結果進行成像處理，獲得hh \ hv \ Vh \ VV全極化的雷達圖像。
3.根據權利要求I所述的海洋雜波環境中電大尺寸目標雷達成像方法，其特征在于所述合適的Kaiser窗函數參數α為2. 2時,獲得最優邊緣濾波效果；Kaiser窗函數的表達
全文摘要
本發明涉及一種海洋雜波環境中電大尺寸目標雷達成像方法，具體為本發明的內容是通過建立多干擾環境中面—體復合目標散射模型，并采用數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境中的電大尺寸目標進行雷達成像。本發明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。本發明方法中，通過復雜目標幾何建模，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，即可實現對海洋環境中的電大尺寸目標快速有效的雷達成像。
文檔編號G01S13/90GK102901965SQ201210361270
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者吳霞 申請人:同濟大學