[發(fā)明專利]高分辨極化SAR目標圖像快速仿真方法

有效

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• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108562899B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 張磊;李青偉;劉宏偉;萬欣
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種高分辨極化SAR目標圖像快速仿真方法，主要解決目前極化SAR圖像獲取難度大、成本高、速度慢，且傳統(tǒng)光線追蹤圖像仿真未考慮極化特性的問題。其實現(xiàn)步驟是：構造目標場景模型，設定雷達參數(shù)；根據(jù)光線路徑上目標各面元與雷達之間的距離確定被照射到面元的位置，計算該面元的單次散射矩陣和二次散射矩陣；根據(jù)入射光線與單次散射矩陣計算面元的單次散射能量；根據(jù)入射光線與二次散射矩陣計算面元的二次散射能量；根據(jù)單次散射能量和二次散射能量計算散射總能量；根據(jù)散射總能量完成對目標場景成像。本發(fā)明能簡便快速獲取較為真實的極化SAR圖像，降低了成本，可用于目標識別。

技術領域

本發(fā)明屬于雷達技術領域，特別涉及一種SAR目標圖像仿真方法，可用于雷達目標識別分析建庫。

背景技術

合成孔徑雷達SAR是一種利用微波來獲得高分辨率圖像的雷達，它具有全天時、全天候的優(yōu)點。它巧妙地利用脈沖壓縮技術、合成孔徑技術和一些信號處理的方法，用真實的小孔徑天線來獲得方位向以及距離向上的雙高分辨率圖像。在方位向上，SAR利用小孔徑天線，通過雷達的不斷運動，來合成大的孔徑，從而使波束寬度變小，進而使方位向分辨率變高；在距離向上，雷達發(fā)射大帶寬的線性調頻信號，當接收到目標回波后，對回波進行脈沖壓縮，從而使得距離向的分辨率變高。

隨著SAR技術的不斷發(fā)展，SAR的模擬技術也取得了不錯的進展。SAR模擬技術是利用計算機來模擬SAR的工作過程，最終實現(xiàn)成像的技術。SAR成像主要和目標的反射特性以及SAR系統(tǒng)本身有關，而且由于從信號的發(fā)射、信號的接收以及對所接收信號的處理到最后的成像，其中的很多步驟都需要在飛機上實際測量實現(xiàn)，受到雷達載機運動、雷達系統(tǒng)硬件和信號處理技術的影響限制，最終生成圖像產生誤差較大且不可控，見[李晉.基于FPGA的機載SAR回波信號模擬研究[D].成都：電子科技大學.1-65]。另外，SAR實驗數(shù)據(jù)的獲取所需的代價比較高，因此，利用計算機結合目標散射特性、SAR成像原理和電磁計算仿真技術來生成SAR圖像，這對于SAR系統(tǒng)的設計，成像驗證以及目標特性分析等研究都有著非常重要的作用，模擬仿真已經成為SAR成像研究的一種經濟有效而且十分重要的方法。該方法可以大大減少實際飛行試驗的代價，并且圖像引入實際條件全面可控，可以節(jié)省研究時間和經濟開銷。

傳統(tǒng)的光線追蹤模擬SAR成像，是將電磁波的發(fā)射看成是一條條射線的照射，通過模擬光的散射和反射，根據(jù)其傳播路徑和散射能量的大小來進行成像。但在成像過程中，由于沒有考慮到實際發(fā)射的電磁波的矢量傳播極化特性，因而導致其生成的圖像不能反映目標的極化散射特征，使得仿真所得圖像與實際不同極化錄取的SAR圖像有較大的差別，不可用于極化SAR的目標特征分析與識別。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種高分辨極化SAR目標圖像快速仿真方法，以減小仿真圖像與實際極化SAR圖像的差別，使仿真圖像更加真實，并可以用于極化SAR的目標識別。

本發(fā)明的技術方案是：一個個的小三角面元組成目標場景，用具有極化特性的光線照射目標場景；利用光線追蹤算法來確定被照射到的目標小三角面元的位置，根據(jù)光線照射方向與小三角面元的姿態(tài)來計算在該三角面元處的后向散射矩陣，進而通過各被照射面元的后向散射能量來進行成像，其實現(xiàn)步驟包括如下：

(1)參數(shù)設置

設置機載雷達高度h、載機飛行速度v、光線最小照射角度θ_min、方位向分辨率ΔA、距離向分辨率ΔR、雷達所發(fā)射電磁波頻率ω、目標表面介電常數(shù)ε、水平極化方向電磁波幅度E_ih和垂直極化方向電磁波幅度E_iv；

(2)構建由三角面元組合的目標場景3D模型，并將其導入商用matlab軟件中，提取該3D模型三角面元頂點的坐標矩陣T，由頂點坐標矩陣T和雷達高度h得到雷達的方位向最大值A_max、最小值A_min，斜距最大值R_max和斜距最小值R_min；