[发明专利]高分辨极化SAR目标图像快速仿真方法

说明书

本发明公开了一种高分辨极化SAR目标图像快速仿真方法，主要解决目前极化SAR图像获取难度大、成本高、速度慢，且传统光线追踪图像仿真未考虑极化特性的问题。其实现步骤是：构造目标场景模型，设定雷达参数；根据光线路径上目标各面元与雷达之间的距离确定被照射到面元的位置，计算该面元的单次散射矩阵和二次散射矩阵；根据入射光线与单次散射矩阵计算面元的单次散射能量；根据入射光线与二次散射矩阵计算面元的二次散射能量；根据单次散射能量和二次散射能量计算散射总能量；根据散射总能量完成对目标场景成像。本发明能简便快速获取较为真实的极化SAR图像，降低了成本，可用于目标识别。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种SAR目标图像仿真方法，可用于雷达目标识别分析建库。

背景技术

合成孔径雷达SAR是一种利用微波来获得高分辨率图像的雷达，它具有全天时、全天候的优点。它巧妙地利用脉冲压缩技术、合成孔径技术和一些信号处理的方法，用真实的小孔径天线来获得方位向以及距离向上的双高分辨率图像。在方位向上，SAR利用小孔径天线，通过雷达的不断运动，来合成大的孔径，从而使波束宽度变小，进而使方位向分辨率变高；在距离向上，雷达发射大带宽的线性调频信号，当接收到目标回波后，对回波进行脉冲压缩，从而使得距离向的分辨率变高。

随着SAR技术的不断发展，SAR的模拟技术也取得了不错的进展。SAR模拟技术是利用计算机来模拟SAR的工作过程，最终实现成像的技术。SAR成像主要和目标的反射特性以及SAR系统本身有关，而且由于从信号的发射、信号的接收以及对所接收信号的处理到最后的成像，其中的很多步骤都需要在飞机上实际测量实现，受到雷达载机运动、雷达系统硬件和信号处理技术的影响限制，最终生成图像产生误差较大且不可控，见[李晋.基于FPGA的机载SAR回波信号模拟研究[D].成都：电子科技大学.1-65]。另外，SAR实验数据的获取所需的代价比较高，因此，利用计算机结合目标散射特性、SAR成像原理和电磁计算仿真技术来生成SAR图像，这对于SAR系统的设计，成像验证以及目标特性分析等研究都有着非常重要的作用，模拟仿真已经成为SAR成像研究的一种经济有效而且十分重要的方法。该方法可以大大减少实际飞行试验的代价，并且图像引入实际条件全面可控，可以节省研究时间和经济开销。

传统的光线追踪模拟SAR成像，是将电磁波的发射看成是一条条射线的照射，通过模拟光的散射和反射，根据其传播路径和散射能量的大小来进行成像。但在成像过程中，由于没有考虑到实际发射的电磁波的矢量传播极化特性，因而导致其生成的图像不能反映目标的极化散射特征，使得仿真所得图像与实际不同极化录取的SAR图像有较大的差别，不可用于极化SAR的目标特征分析与识别。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种高分辨极化SAR目标图像快速仿真方法，以减小仿真图像与实际极化SAR图像的差别，使仿真图像更加真实，并可以用于极化SAR的目标识别。

本发明的技术方案是：一个个的小三角面元组成目标场景，用具有极化特性的光线照射目标场景；利用光线追踪算法来确定被照射到的目标小三角面元的位置，根据光线照射方向与小三角面元的姿态来计算在该三角面元处的后向散射矩阵，进而通过各被照射面元的后向散射能量来进行成像，其实现步骤包括如下：

(1)参数设置

设置机载雷达高度h、载机飞行速度v、光线最小照射角度θ_min、方位向分辨率ΔA、距离向分辨率ΔR、雷达所发射电磁波频率ω、目标表面介电常数ε、水平极化方向电磁波幅度E_ih和垂直极化方向电磁波幅度E_iv；

(2)构建由三角面元组合的目标场景3D模型，并将其导入商用matlab软件中，提取该3D模型三角面元顶点的坐标矩阵T，由顶点坐标矩阵T和雷达高度h得到雷达的方位向最大值A_max、最小值A_min，斜距最大值R_max和斜距最小值R_min；