典型背景目標(biāo)SAR圖像仿真.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)以其高分辨率和全天時(shí)、全天候等優(yōu)點(diǎn)在軍事和民用方面應(yīng)用廣泛，成為雷達(dá)領(lǐng)域二戰(zhàn)以來最突出的進(jìn)展之一。目標(biāo)識別是SAR圖像在軍事領(lǐng)域重要應(yīng)用之一，而研究目標(biāo)識別需要收集大量不同角度下目標(biāo)SAR圖像，通過SAR圖像仿真獲得不同入射角下目標(biāo)SAR圖像，能夠反映目標(biāo)基本信息，且獲取時(shí)間快、處理簡單，是目標(biāo)識別的基礎(chǔ)。本文主要開發(fā)了一套基于射線跟蹤法的SAR圖像仿真軟件，對典型

2、背景目標(biāo)進(jìn)行SAR圖像仿真，并評估了該仿真SAR圖像精確性，主要工作如下：
　　(1)研究了高頻電磁散射計(jì)算理論，開發(fā)了一套基于射線跟蹤法(Shooting and Bouncing Rays,SBR)的SAR圖像仿真軟件，并仿真得到典型背景目標(biāo)SAR圖像。該SAR圖像仿真軟件輸入信號為目標(biāo)場景三維模型，輸出為仿真SAR圖像。該軟件采用物理光學(xué)法(Physical Optics,PO)和幾何光學(xué)法(Geometrical Opti

3、cs,GO)混合的方法來求解目標(biāo)散射場，能夠有效計(jì)算多次散射；同時(shí)結(jié)合等效電磁流法，能夠有效計(jì)算棱邊散射場，具有較高的精確性。
　　(2)提出了一種基于射線跟蹤的斑點(diǎn)噪聲仿真方法，并推導(dǎo)出粗糙面表面參數(shù)和其SAR圖像斑點(diǎn)噪聲之間的關(guān)系式。本文根據(jù)目標(biāo)粗糙表面參數(shù)，通過蒙特卡洛(Monte Carlo)法仿真目標(biāo)粗糙表面，將其高度采樣作為隨機(jī)位移添加到射線跟蹤時(shí)入射射線與目標(biāo)表面相交處，來模擬目標(biāo)粗糙表面，采樣間隔為射線管間隔，再通

4、過高頻電磁散射計(jì)算，即可得到具有斑點(diǎn)噪聲的仿真SAR圖像。該斑點(diǎn)噪聲仿真方法揭示了SAR圖像中斑點(diǎn)噪聲產(chǎn)生的根本原因，具有很高的精確性。
　　(3)研究了建筑物反演理論，并根據(jù)該理論將仿真SAR圖像反演得到三維模型。通過反演得到的三維模型與SAR圖像仿真所用建筑物三維模型相比較，評估本文開發(fā)的SAR圖像仿真軟件精確性。這種評估方法能夠排除建模精度帶來的誤差，僅考慮該SAR圖像仿真軟件的精確性。
　　(4)選取一些典型軍事目標(biāo)

5、如坦克與粗糙面、港口與海面、機(jī)場與跑道、航母與海面等仿真SAR圖像進(jìn)行分析。對于坦克與粗糙面，本文將其與MSTAR數(shù)據(jù)庫中相同入射角下真實(shí)坦克SAR圖像進(jìn)行比較，定性和定量分析了該仿真SAR圖像精確性，得到了較好的結(jié)果。對于港口與海面、機(jī)場與跑道、航母與海面仿真SAR圖像，由于很難找到相同場景下真實(shí)SAR圖像，本文僅對其進(jìn)行定性分析，重點(diǎn)考查該仿真SAR圖像是否具有目標(biāo)識別所需特征。評估結(jié)果表明，本文仿真SAR圖像均能很好的反映目標(biāo)結(jié)構(gòu)