[发明专利]基于电磁散射计算的动态海洋大型场景回波仿真方法

说明书

本发明公开了基于电磁散射计算的动态海洋大型场景回波仿真方法。步骤为，设置海面仿真的初始化参数，包括海浪方向、海情等级、仿真起始时间、仿真时间间隔和场景大小；根据初始化参数，以仿真时间划分动态海面，以场景大小划分基准图幅宽，对动态海面的几何模型进行离散化；利用弹跳射线法计算动态海面的高频电磁散射，得到基准图回波数据；对基准图回波数据采用拼接法进行拼接，得到完整的设定的场景大小的回波数据。本发明克服了现有技术只能进行单一海情或静态海面的回波仿真计算的缺点。

技术领域

本发明属于雷达探测领域，特别涉及了一种动态海洋回波仿真方法。

背景技术

早期研究者在描述海洋表面时，因为实际海浪运动的无规律性和复杂性，一般采用均方差和相关长度等方法。但是，这些方法存在明显的问题，在描述海面纹理细节上不够具体有效。研究者为了使模拟出的物理海洋表面更加的逼真，引入了海浪谱的概念。海浪谱是用来描述海面的功率密度谱，其功能在于将分布在海浪传播方向和波长上的能量充分的展现出来，物理意义表示经过傅里叶变换之后的海面起伏高度相关函数。1964年，Pierson和Moskowitz为得到随机海浪的平均谱分布，二人采用频谱分析的方法研究了北大西洋近5年的共计460次的海洋观察资料，经过无因次化和数学拟合后得到主波浪波数谱模型。

弹跳射线法(Shooting and Bouncing Ray,SBR)是一种几何光学法和物理光学法的结合，首先用一定密度的密集射线来模拟入射的平面电磁波在目标几何结构中的传播情况，然后使用物理光学法来计算射线管的RCS，由于SBR方法考虑到了目标几何结构间的多次反射情况，因此特别适合计算包含多次反射场的复杂场景问题。

由于电磁散射计算软件的时间复杂度高，计算所需硬件资源较高，目前只能进行单一海情或静态海面的回波仿真计算，而针对大型场景海面电磁散射计算方法的研究鲜有出现。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了基于电磁散射计算的动态海洋大型场景回波仿真方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于电磁散射计算的动态海洋大型场景回波仿真方法，包括以下步骤：

(1)设置海面仿真的初始化参数，包括海浪方向、海情等级、仿真起始时间、仿真时间间隔和场景大小；

(2)根据初始化参数，以仿真时间划分动态海面，以场景大小划分基准图幅宽，对动态海面的几何模型进行离散化；

(3)利用弹跳射线法计算动态海面的高频电磁散射，得到基准图回波数据；

(4)对基准图回波数据采用拼接法进行拼接，得到完整的设定的场景大小的回波数据。

进一步地，在步骤(1)中，设定的仿真时间间隔τ满足如下条件：

且τ＞2L/c

其中，C_p为主波的相速，决定了海面的水平运动速度；λ为电磁波波长；L为海面长度，c为电磁波传播速度。

进一步地，在步骤(2)中，根据下式划分基准图：

其中，l为基准图的尺寸，x为场景大小，k₁、k₂为设定的修正系数，ρ为分辨率。

进一步地，步骤(4)的具体过程如下：

(4a)若基准图尺寸则先将基准图通过行或列复制进行拓展，然后通过向四周镜像对称得到设定的场景大小的回波数据；若则直接将基准图向四周镜像对称得到设定的场景大小的回波数据；

(4b)将步骤(4a)得到的回波数据进行平滑处理，得到最终的回波数据。