一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像方法

摘要

本发明涉及一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像方法，具体为：本发明的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1-2GHz，S波段在2-4GHz。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。本发明方法中，通过复杂目标几何建模，电磁仿真计算和快速后向投影成像算法以及Kaiser窗边缘滤波，即可实现对海洋环境中的电大尺寸目标快速有效的雷达成像。

主权项

一种海洋杂波环境中电大尺寸目标雷达成像方法，其特征在于具体步骤如下：(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)得到的初始网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；散射场计算过程为：设入射角为θi 、 φi，散射角为 θs 、φs，引入Fresnel反射系数R_h与R_v分别表示平行于入射面与垂直于入射面，因此任意极化方向的入射电场表示为平行极化与垂直极化的叠加；散射场可近似表达为：(1)其中：(2a)(2b)(2c)(2d)(2e)(2f)其中：是面元法向矢量，和为面元局部入射坐标系，为入射场极化矢量,分为水平极化入射和垂直极化入射， 并且(,,)构成一组正交坐标系；和分别是相对介电常数和相对磁导率；所述海洋谱建模表达式为：（3）其中，k 是电磁波数，g是重力加速度，U_wind 是海面风速，， s是常数，取 1.5×10^‑4 m²,φ为海洋表面风向角；海面风速U_wind 的计算公式如下：（4）其中，，是摩擦速度，z是海面高度；(3)，将步骤(2)得到的散射计算结果采用快速后向投影成像算法结合Kaiser窗函数进行边缘滤波选取合适的参数做目标特征提取，建立目标散射特性与几何结构特征的对应关系, 为目标识别提供图像数据验证，经过极化处理，获得全极化雷达成像结果；根据快速后向投影成像算法分析不同入射、雷达的频率参数下的目标特征；成像借助信号处理，从回波信号中还原出目标函数：(5)(6)(7)其中，是发射信号, s(t,u) 是t时刻、u处的回波信号,代表卷积，星号代表复共轭；对成像区域的每一个像素，计算出在对应的一个合成孔径时间内，它与每个位置之间的时延后，在距离压缩后的数据矩阵中找出相应的累积曲线，并沿此曲线将所有信号进行相干迭加，得到这个像素的能量和, 即为该点的图像。