[发明专利]一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明属于目标雷达成像领域，具体涉及一种海洋杂波环境中电大尺寸目标进雷达成像方法。

背景技术

考虑到我国海域辽阔，对海洋上的飞机、渔船、军舰、油轮进行监测和定位，实现目标信息的提取和自动分类，在国民经济和国防建设上都有着重大意义。然而，由于各种地、海杂波的干扰，导致了近海岸或者远海环境中目标检测的困难。目前，经典的Doppler频域分离目标检测方法，难以准确区分强海洋杂波环境中的船只究竟是渔船、油轮还是军舰。

对于雷达监测中地面或海面上的复杂目标，因其复杂的物理结构和电大尺寸，使得数值方法需要很大的计算机内存和很长的计算时间，这就限制了数值方法的应用。对于电大尺寸目标，一般认为处于光学区，以往多选择高频近似方法，如Kirchhoff 切平面法、几何光学法、物理光学法、几何绕射理论、物理绕射理论、射线追踪法等。但是，其精度无法与数值方法相比。而且，国外也开发了多种成熟的基于高频方法的计算工具，如RECOTA、XPatch、GRECO等，大多是对单个复杂目标的雷达散射截面估算，通用性不够；甚至对用户规定一定的使用权限。从根本上讲，其本身不能完全适应实际工程研究中目标与杂波环境下复合散射的问题多样性。

为了更好地从海杂波中提取和识别目标特征，必须从海洋杂波环境中复杂目标电磁散射的机理出发，才能快速有效地对海洋杂波环境中的目标进行检测，准确区分不同的目标。因此，开发多干扰环境中目标的复合散射模型，并采用数值与解析混合算法，开发有效的海洋杂波环境中复杂目标的雷达成像仿真软件，这是一种快速有效地获得动态起伏海面上舰船与低空飞行目标耦合的全极化雷达成像模拟的途径。

中国专利号200910087133.6中设计了一种三维复杂目标的合成孔径雷达图像仿真方法，通过采用弹射线法原理和SAR仿真成像技术相结合的方法得到高分辨全极化的SAR图像，通过读入三维目标的三角面元模型,利用SBR算法求出全极化的目标散射系数的三维空间分布，然后利用目标模型和SAR几何参数求得背景杂波的散射系数分布以及阴影区,最后将目标和背景散射系数投影到斜平面，利用SAR回波仿真和成像算法获取高分辨率全极化的军事目标SAR图像。

但是这种方法有几种缺陷：一、该专利采用的SBR算法属于射线追踪法，对于复杂目标来说，目标面元剖分得要尽可能大，因此在目标的阴影边界、腔体等区域的计算精度明显不够。二、该算法利用z-buffer来完成入射电磁波的一次射线寻迹，z-buffer算法是较简单的消除隐藏面的算法之一，其缺点是占用空间大，没有利用图形的相关性与连续性。三、该专利只适用于单目标的SAR成像处理，对于面—体复合目标的情况不能实现。四、该专利没有考虑海洋杂波环境中的目标电磁特性，海面散射场及目标与海面之间的耦合散射场将给目标散射回波带来强杂波，从而在应用雷达检测、识别目标时，导致虚警的出现；同时，海面散射场及其与低飞目标的耦合散射场也给海上目标的跟踪带来很大的困难，因此需要一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像技术。

发明内容

为了克服现有在复杂环境下把雷达原始数据模拟、成像和模式识别三者相结合技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像方法，其内容是通过建立多干扰环境中面—体复合目标散射模型，并采用数值与解析混合算法的电磁仿真计算和快速后向投影成像方式对海洋环境中的电大尺寸目标进行雷达成像。

本发明中电大尺寸是指目标的物理尺寸跟波长的比值大于10。雷达工作的频段一般是在高频区域，例如L 波段频率范围是1-2 GHz，S波段在2-4 GHz。一些军事目标，包括战斗机、隐身飞机、航空母舰等在上述波段都属于电大尺寸。

本发明提出的一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像方法，具体步骤如下：

(1)，在仿真软件主界面菜单中选取目标模型，在选取的目标模型基础上建立海洋上空电大尺寸目标几何模型，采用GMSH方法对目标几何模型中的目标进行初始网格剖分，设定剖分类型、面元剖分尺寸以及计算频率参数；

(2)，根据步骤(1)得到的初始风格剖分设定的剖分类型、面元剖分尺寸以及计算频率参数通过海洋谱建模生成三维动态起伏海洋表面，采用多层快速多极子和物理光学数值混合算法进行电磁仿真计算，同时设置各种雷达工作参数和海洋表面生成，得到散射场计算结果，所述雷达工作参数包括雷达距离分辨率，入射角、方位角、场景尺寸以及方位参数。