[发明专利]一种雷达海杂波的仿真方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号特征控制技术领域，特别涉及一种雷达海杂波的仿真方法和系统。

背景技术

海面作为一种重要的自然环境，其电磁散射特性与雷达图像特征的理论建模仿真和精确描述在海面目标检测与识别、海面舰船间通信等领域具有重要的应用。海面雷达回波与图像的建模与仿真对于深入理解与精确描述海面电磁散射特性(包括雷达散射截面RCS特性)具有重要的意义。因此海杂波的建模与仿真受到了广泛关注。

对于电磁波而言，海面是一种电大尺寸物体。尤其当仿真的海面面积达到公里量级以上时，海面电磁散射将面临巨大的计算量，因此对于海面电磁散射特性的快速复现与随机特性描述的能力相对较弱。为此，大约近10年以来，研究者提出了海杂波的统计仿真方法，从而从统计特性方面精确描述海杂波。雷达海杂波的统计建模能够准确复现海面电磁散射的统计特性，包括幅度概率密度分布函数，时空相关特性等，无需生成海面几何模型，因此其仿真速度得以大大提高。

在现有技术中，海杂波工程化快速统计算法能够应用于海面雷达系统半实物仿真以及仿真模拟训练系统。由于其仿真速度较快，因此统计仿真方法易于与杂波抑制、海面目标检测的实时处理检测算法对接。

当前，杂波统计仿真的关键指标之一——空间相关特性——仍然停留在较为初级的阶段。仿真仍然依赖于杂波相关距离的半经验公式及相关函数简单理论模型，因此迫切需要发展具有真实杂波纹理特性的空间相关性模型及杂波图像仿真方法。

现有的大部分雷达海杂波统计建模都是基于图像的统计特性进行，即对成像处理后获得的雷达图像(或时序回波)的幅度和相位的统计特性进行模拟。研究者在此方面获得了诸多进展，例如，服从特定幅度概率分布的杂波生成、基于杂波图像的幅度分布特征的目标检测、基于实测数据的杂波统计特性建模和海面后向散射系数的电磁理论计算等。

在海面后向散射系数的仿真拟合工作方面，迄今为止已有大量的实测数据校验的幅度密度函数统计结果。其中Nathason等人在1991年总结了约60种资源中测量结果的综合表格，为雷达系统工程师提供了一种实测海杂波反射率的数据库。实测海杂波后向散射系数图通常基于极化、海情、擦地角和频率等系列参数。

关于杂波的时空相关特性，由于参数系统化的高分辨率雷达图像较难获得，因此目前的仿真方法主要根据统计特性的经验公式获得杂波时空相关性。杂波的功率谱仿真较多的集中于对中心频率和3dB带宽两个统计指标，在此方面积累了很多实测数据。而海杂波空间相关性建模仍处于比较简单的发展阶段，空间相关性建模成为亟待解决的一个问题。

杂波空间相关特性通常反映为杂波图像的纹理特征。具有空间分辨率的雷达图像具有特定的海面纹理形态特征。纹理功率、分布、分形等特征已应用于目标检测中的纹理分类与分割、杂波边缘探测，成为目标检测中的重要特征。因此，海杂波空间相关性建模也受到了越来越多仿真算法开发者的关注。

在杂波空间相关性建模方面，现有的大部分技术方案中仅使用了较高分辨率下的杂波相关距离的普适性经验公式，如下式所示：

其中，ρ₀为相关距离，V_w为风速，θ为风向与雷达视线的夹角，g为重力加速度

根据上述公式，某一方向上的空间相关距离将随该方向与风向的夹角而改变，与风向一致的方向相关距离将达到最大，体现了一定的准周期特性；而与风向抑制的方向相关距离最小，体现了随机特性。但是，杂波空间相关性的系统化建模的技术方案至今尚未出现。

对杂波空间相关函数的仿真方面，K.D.Ward等人提出了一种描述海杂波相关函数理论模型，并应用于Gamma分布空间调制分量的杂波空间随机场的生成，其所提出的空间相关函数如下式所示：

R(x,y)＝1+exp(-(x+y)/10)·cos(π·y/8)/v(2)

其中，R为空间相关函数，x和y为空间距离坐标，v为Gamma分布的幅度形状因子。其生成的杂波图像能够反映一定的海浪纹理。

综上可知，随着雷达分辨率的提高，相关距离已不足以描述杂波的空间相关特性，因此需要提出一种能够准确描述海杂波的多种纹理特性与统计特性的雷达海杂波的仿真方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种雷达海杂波的仿真方法和系统，从而可以准确描述海杂波的多种纹理特性与统计特性，提高海杂波模拟的仿真程度。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种雷达海杂波的仿真方法，该方法包括：

生成复合K分布模型的随机序列；