[发明专利]基于电磁与统计混合模型的海面SAR图像杂波生成方法

说明书

本发明提出了一种基于电磁与统计混合模型的海面SAR图像杂波生成方法，具体步骤如下：S1：确定粗糙面的功率谱密度函数，构建海洋粗糙面模型；S2：将所述功率谱密度函数进行截断，并计算每个面元内部的斜率概率密度函数；S3：基于几何光学与微扰模型，计算每个面元的散射截面；S4：计算每个面元的杂波数据；S5：将所有面元的杂波数据进行叠加，得到最终环境SAR图像。本发明既保留了电磁模型的准确纹理信息，又具有统计模型简单高效的特点。

技术领域

本发明涉及雷达图像仿真技术领域，主要涉及电磁散射计算与杂波序列模拟，具体是涉及一种基于电磁与统计混合模型的海面SAR图像杂波生成方法。

背景技术

相比光学传感器，合成孔径雷达(SAR)可以不受天气的影响，能够持续不断全天时的对地海环境及其表面目标进行监测。SAR图像是接收反射电磁波后获得的数据，包含了的目标与海洋环境的丰富信息，对SAR图像的解译无论是对于国防军事建设还是国民经济发展都具有重要的现实意义与应用价值。其中，对海洋环境SAR图像杂波的建模与仿真是理解海洋电磁散射机理，进行SAR目标检测与识别的基础。

受电磁波传播特性影响，环境的实际纹理轮廓在SAR图像杂波中会变得十分扭曲，与实际纹理相差甚远。加之SAR的相干成像机制，使得获取的图像中包含大量的相干斑。因此，对于环境SAR图像杂波的准确模拟，主要在于对大尺度纹理以及分辨单元内相干散射现象的合理建模。不同于人造目标，环境的尺寸往往十分巨大，导致图像仿真模拟十分耗时，而SAR图像杂波模拟的效率对于众多检测与识别算法的训练的十分重要。当前对SAR图像杂波的模拟大致可分为两类，一类是基于电磁散射模型的图像模拟。该类方法在确定且离散的环境几何模型基础上，采用电磁散射计算方法分别计算每个局部面元的散射强度，然后借助成像算法形成SAR图像。该类算法准确表征了环境的电磁散射机理，基于环境几何模型则直观体现了环境的大尺度纹理。但是该类算法计算量巨大，即使不考虑电磁算法的复杂性，由于精细离散导致数量巨大的小面元也使得图像快速模拟难以实现。另一类则是基于统计模型的SAR图像杂波模拟方法，该类方法基于理论推导或者是经验拟合获取的数据统计模型，借助随机变量产生方法，产生具有某种统计分布特性和相关特性的SAR图像。该类方法形式简单、耗时少、易于实现，但无法直观体现环境的电磁散射机理，特别是对于不均匀环境的大尺度纹理信息，该类方法还不能较好体现。

因此，丞需一种基于环境电磁散射模型与杂波序列统计模型的混合方法，用于快速获取各种条件参数下的海面合成孔径雷达图像杂波，在保证大尺寸纹理信息以及内在散射机理准确描述的同时，还能够提高仿真模拟效率，具有非常重要的实用价值和现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对海面SAR图像杂波高效模拟问题，提供一种基于电磁与统计混合模型的海面SAR图像杂波生成方法，该方法既保证了大尺寸纹理信息以及内在的散射机理的准确描述，又相对提高了仿真模拟效率。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于电磁与统计混合模型的海面SAR图像杂波生成方法，具体步骤如下：

S1：确定粗糙面的功率谱密度函数，构建海洋粗糙面模型；

S2：将所述功率谱密度函数进行截断，并计算每个面元内部的斜率概率密度函数；

S3：基于几何光学与微扰模型，计算每个面元的散射截面；

S4：计算每个面元的杂波数据；

S5：将所有面元的杂波数据进行叠加，得到最终环境SAR图像。

优选地，所述步骤1具体为：

S11：选择Elfouhaily谱函数作为功率谱密度函数；

S12：根据雷达分辨率与入射角确定粗糙面离散面元尺寸为Δx；