舰船目标三维散射中心建模及SAR快速仿真方法.docx

"舰船目标三维散射中心建模及SAR快速仿真方法" 在合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）技术中，获取目标的合成孔径雷达图像数据通常有两种方法：试验测量和理论建模。然而，实际测量受限于经费和各种条件的限制，难以获取大量的目标数据，特别是非合作目标在不同俯仰、方位、分辨率、目标状态等条件下的数据。因此，基于电磁散射建模理论的合成孔径雷达仿真可以相对容易地获得目标在各种条件下的合成孔径雷达图像数据。 在国外，存在一些著名的软件用于合成孔径雷达仿真，例如 NBSAR 和 XPATCH。NBSAR 是由法国 OKTAL-SE 公司和 ONERA-EM 研究中心联合开发的，用于计算目标场景的合成孔径雷达图像仿真。XPATCH 是在美国空军研究实验室（Air Force Research Laboratory, AFRL）的领导下开发的，基于射线追踪法（Shooting and Bouncing Ray, SBR）和物理光学法（Physical Optics, PO），能够计算复杂目标的电磁散射特性数据，如雷达散射截面（Radar Cross Section, RCS）、一维距离像（High Resolution Range Profile, HRRP）和合成孔径雷达图像。 在国内，也开展了相关研究。例如，计科峰等人利用高频法实现了坦克目标的合成孔径雷达图像仿真。ZHANG 等人开发了 CASpatch 软件，基于 SBR 进行复杂目标的合成孔径雷达图像仿真。董纯柱等人开发了合成孔径雷达 SS 软件，它是一种基于 SBR 的信号级合成孔径雷达仿真，能够实现复杂目标与环境的合成孔径雷达回波生成及成像仿真。 然而，当前合成孔径雷达仿真应用于复杂目标时，存在计算时间较长的问题，特别是对于大型舰船目标，难以满足对海制导作战闭环验证过程中对大型舰船目标合成孔径雷达快速仿真的实际工程应用需求。因此，本文提出一种基于三维散射中心的合成孔径雷达快速仿真方法，旨在解决该问题。 本文基于 SBR 技术构建舰船-海面复合的三维散射中心快速仿真模型，然后进行合成孔径雷达回波快速仿真和成像处理，最后获得合成孔径雷达图像复数据。该方法可以快速地获得舰船目标的合成孔径雷达图像数据，从而满足对海制导作战闭环验证过程中的实际工程应用需求。 在基于 SBR 技术的舰船-海面复合电磁散射仿真模型中，我们使用 SBR 算法计算舰船目标的散射特性。SBR 算法是一种被广泛用于快速计算电大尺寸目标散射特性的高频电磁建模技术。在 SBR 算法中，我们发射一系列入射到目标区的射线，并按照几何光学（Geometrical Optics, GO）方法，对目标区内每根射线的传输、反射、多次反射过程的轨迹与场值进行追踪，最后利用 PO 和等效边缘电磁流（Equivalent Edge Current, EEC）方法实现目标远区散射场的估计。 在舰船-海面复合散射计算中，我们采用“四路径”模型实现对其快速计算。该模型包括四种路径：目标本体散射、目标-海面的二次反射、海面-目标的二次反射和海面-目标-海面的三次反射。我们使用“准镜像”处理方法避免了海面面元上的海量计算，显著提高了计算效率。 本文提出了一种基于三维散射中心的合成孔径雷达快速仿真方法，可以快速地获得舰船目标的合成孔径雷达图像数据，从而满足对海制导作战闭环验证过程中的实际工程应用需求。该方法具有计算精度高、效率高、灵活性强的特点，能够满足实际工程应用需求。