[發明專利]一種三維復雜目標的合成孔徑雷達圖像仿真方法

有效

• 申請號: 200910087133.6
• 申請日: 2009-06-10
• 公開（公告）號: CN101923166A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 洪峻;張銳;明峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)圖像技術領域，是一種利用彈射線法(SBR)原理和合成孔徑雷達圖像仿真來進行三維復雜目標的高分辨率全極化SAR圖像的仿真方法。

背景技術

彈射線法(SBR?Shooting?and?Bouncing?Ray)由Hao?Ling于1989年提出，最初用于腔體的RCS計算。彈射線法通過結合幾何光學法(GO)和物理光學法(PO)計算目標的RCS，目標對電磁波的單次反射貢獻通過PO積分直接給出，多次反射則通過多次的GO射線跟蹤和最后的PO積分給出。由于考慮了多次反射的效應，SBR法能夠很好的模擬高頻條件下的目標多次反射效應，如二面角，三面角結構。在高頻近似的條件下，相比于精確的計算電磁學方法相比，彈射線法具有計算速度高內存消耗少等優點。

隨著合成孔徑雷達(SAR)分辨率的不斷提高，基于合成孔徑雷達圖像的自動目標識別也得到了迅速的發展。由于SAR目標的電磁散射敏感于目標姿態，所以SAR?ATR的研究需要大量的不同姿態下的圖像模板。目前國內大多采用美國空軍實驗室(AFRL)提供的MSTAR實測數據作為研究ATR的數據源，對華公開的MSTAR數據源目標較為單一(三種坦克)，分辨率較低(0.3m×0.3m)，且為單極化數據(VV極化)，很難滿足未來的SAR?ATR(Automatic?Target?Recognition)研究的需要。

三維復雜目標的SAR圖像仿真是基于模型的SAR目標自動識別(ModelBased?SAR?ATR)的基礎，準確有效的仿真目標的SAR圖像不僅是建立SARATR系統的關鍵技術之一，而且也為理解目標散射特性進而研究SAR?ATR方法提供了實驗平臺。

發明內容

本發明提供了一種三維復雜目標的合成孔徑雷達圖像仿真方法，基于三維復雜目標模型仿真其高分辨率全極化的SAR圖像，解決了ATR研究中實驗模板數據不足的問題。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種三維復雜目標的合成孔徑雷達圖像仿真方法，其包括如下步驟：

步驟一：讀入三維復雜目標的三角面元模型，并從等相位面發射一簇射線來模擬入射的平面電磁波；

步驟二：利用z-buffer算法來完成入射電磁波的一次射線尋跡，對于存在一次彈射的入射線，保留其反射線，對于沒有彈射的入射線，將其刪除；

步驟三：根據目標面元模型，構建目標的空間八叉樹結構，通過空間八叉樹算法完成余下的射線尋跡過程，射線尋跡過程中采用并行計算加速；

步驟四：根據求得射線的幾何彈射結果，對多次彈射線利用幾何光學法跟蹤射線的幅度，相位和極化，對于最后一次彈射線利用物理光學法求出散射點的遠場散射強度；

步驟五：設置SAR雷達參數，利用目標三維模型求得地面陰影區域和地面雜波散射，將目標的散射系數和雜波的散射系數投影到斜平面；

步驟六：根據SAR參數，利用回波仿真算法對目標的全極化數據進行回波仿真，再進行成像處理，生成目標在不同雷達參數和目標姿態角度下的高分辨率全極化SAR雷達圖像。

所述的三維復雜目標的合成孔徑雷達圖像仿真方法，其所述步驟二中，利用了Z-buffer算法加速了一次射線尋跡，同時完成了目標的消隱。

所述的三維復雜目標的合成孔徑雷達圖像仿真方法，其所述步驟三中，利用的空間八叉樹結構加速了二次以上的射線尋跡，并且通過多核并行計算技術加速計算過程；其中，包括步驟：

(1)構建目標模型的空間八叉樹數據結構：

A.取空間中的一長方體盒子，使之恰好包圍住全部的三角面元；

B.將盒子依空間八個象限分成八個子盒子，對于每個子盒子判定其中包括的三角面元數目，并記錄盒子的父子數據結構；

C.如果盒子中的三角面元數目大于預先的設定值，記錄其為父親節點；如果盒子中的三角面元數目小于預先的設定值，記錄其為葉子節點和包含的面元信息；

D.循環執行B，完成返回；

(2)基于空間八叉樹結構的射線尋跡：

A.判斷射線是否于根結點相交，如果不相交結束；如果相交則執行B；

B.計算各子節點盒子的相交距離，依相交距離由小到大依次執行C；

C.判斷各子節點是否為葉子節點，如果不是，遞歸執行B；如果是，判斷是否存在相交三角面元，如果存在相交三角面元則完成本次尋跡，如果不存在相交三角面元則繼續尋找。