[发明专利]一种海上多目标SAR图像可视化建模方法

摘要

本发明一种海上多目标SAR图像可视化建模方法，在图形电磁计算(GRECO)方法的基础上，引入由海谱生成的随机海面模型，同时加载多个海上目标并设置其在整个场景中的相对位置和姿态，组成海面多目标场景，计算整个场景中各个子目标及海面对雷达回波的贡献，最终得到整个场景的雷达回波数据，并以此计算场景的合成孔径雷达(SAR)图像。其中，在计算大型海上目标(如航母等)时，采用了分区计算的方法。本发明的优点为而可以提高电磁计算的精度；得到场景SAR图像可信度更高，具有很高的分辨率；具有较大的灵活性；快捷，成本低；具有更高的通用性。

主权项

一种海上多目标SAR图像可视化建模方法，其特征在于：通过下述步骤实现：步骤1：获取海面目标的三角面元模型数据文件；步骤2：生成随机海面模型的三角面元描述的模型数据文件；步骤3：生成海上多目标的三维场景模型数据文件；步骤4：显示三维场景；a、将OpenGL屏幕坐标系O2(x2， y2， z2)的x2轴方向设为屏幕上的水平向右方向，y2轴方向设为屏幕上竖直向上，z2方向设为垂直屏幕向外；b、读入海面上多目标的三维场景模型数据文件；c、使场景坐标系的原点为OpenGL屏幕坐标系的原点，且使场景中初始的海平面向上方向为z2方向；步骤5：设置机载雷达运动参数，对场景进行显示；在雷达视线的各个姿态下，以机载雷达波束照射点为中心旋转场景，使得雷达视线方向保持与OpenGL屏幕坐标系中的‑z2方向一致；根据机载雷达波束照射的范围，通过OpenGL中的窗口函数设置OpenGL视场中的目标场景；步骤6：计算在机载雷达运动期间，雷达视线的各个姿态下OpenGL视场中的目标场景相对雷达视线的姿态角序列；进而得到目标场景显示序列，并依次通过步骤7～9，得到雷达视线的各个姿态对应的雷达回波，进而得到机载雷达运动期间的雷达回波序列；步骤7：对目标场景进行分区显示；a、获取目标场景在OpenGL屏幕坐标系x2、y2轴方向的投影矩形尺寸，分别为和b、令给定的分区尺寸为l0，对投影矩形在OpenGL屏幕坐标系x2、y2轴方向分别进行划分，得到的分区数量分别为：和其中，ROUND表示四舍五入；则投影矩形总共的分区数为对各个分区进行单独的投影显示；步骤8：计算各个分区的散射场；实现方法：A、计算投影矩形的像素尺寸；OpenGL屏幕坐标系x2、y2轴方向的像素尺寸分别为：式(7)与式(8)中，和分别是每个分区在OpenGL屏幕坐标系x2、y2轴方向的像素数；B、按各分区的投影比例分别进行显示；C、计算各分区各像素位置信息与法矢信息，具体为：获得屏幕上各像素的位置信息和颜色信息；各像素的位置信息：令屏幕像素为个，OpenGL屏幕窗口的横向大小为纵向大小为则第m行n列的像素的x2,y2大小为第m行n列的像素的z2值由OpenGL的z‑buffer提供；各像素颜色信息：利用OpenGL的光照模型，使红、绿、蓝光源分别位于OpenGL屏幕坐标系的x2,y2,z2轴，由OpenGL的颜色buffer获得每个像素颜色的(R,G,B)，分别对应于红绿蓝三种颜色；通过每个像素位置信息和颜色信息，分别获取每个像素位置所代表的面元三维坐标和法矢朝向；其中，颜色信息与法矢朝向间的对应关系为：令物体表面是漫反射并且每种颜色的漫反射系数为1，光源的强度为1，光传播在媒质中的衰减为1，则光照模型为：d＝R,G,B          (9)式中，Ld为每种颜色的漫反射亮度，是像素代表的面元法矢，是指向光源的方向矢量；d为像素颜色，包含R,G,B，R,G,B分别为红、绿、蓝三个通道的颜色；则像素代表的面元法矢的子分量与颜色的对应关系为：分别为屏幕坐标系中x2、y2、z2方向的矢量；为确定法矢的正负，须从正负坐标轴用红绿蓝三种光源分别照射目标分区，显示颜色的一面为法矢方向；D、根据得到的分区各像素位置信息与法矢信息，并对每个分区利用高频近似理论中的物理光学计算理论及物理绕射计算理论计算分区内所有有效像素的散射场；则散射场SPO为：其中，k为雷达波数，Δs′为每个像素代表的实际投影面积；步骤9：将各分区的散射场矢量叠加，得到总雷达回波数据；步骤10：获得场景的SAR图像；采用经典的雷达成像算法：距离多普勒成像算法，对机载雷达运动期间的雷达回波序列进行处理，生成海上多目标的高分辨率雷达图像。