基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法，其思路为：确定太赫兹雷达，所述太赫兹雷达包含N个天线，所述太赫兹雷达的检测范围内存在复杂目标，所述复杂目标为电大尺寸目标，然后对复杂目标进行三角面元划分，得到M个三角面元，对N个天线分别进行等间隔采样，得到N个天线的NP个采样点，进而得到NP个经过随机抖动的采样点以及NP个采样点对应的三角面元序列；预先设定W个慢时间，分别得到M个三角面元经过W个慢时间旋转后的可见三角面元区域，以及W个慢时间对应的被照亮可见三角面元区域的时延集合P；依次计算W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据和W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据的最终时域输出S(t)，并计算W个慢时间复杂目标对应的太赫兹雷达回波成像。

Terahertz radar echo imaging method based on physical optics

The invention discloses a terahertz radar echo imaging method based on physical optics, the idea is as follows: to determine the THz radar, the terahertz radar consists of N antenna, there is a complex range of the terahertz radar target detection in the complex targets for electrically large targets, and then the target complex triangular element division. Get a M triangular element, N antennas were equal interval sampling, NP sampling points to get a N antenna, and then get NP through the triangular surface corresponding to sampling points and the NP sampling points of binary sequences of random jitter; preset W slow time, M triangular element after W slow time visible triangle surface after rotation element area were obtained, and a corresponding W slow time delay is illuminated visible triangular element region set P; W THz are calculated corresponding to the slow time The final time domain output S (T) of the radar echo data and the W slow time correspond to the terahertz radar echo data, and calculate the terahertz radar echo imaging of W slow time complex targets.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹雷达信号处理
，特别涉及一种基于物理光学的太赫兹太赫兹雷达回波成像方法，是一种太赫兹频段电磁波与复杂目标相互作用的太赫兹雷达回波成像方法，适用于研究和模拟太赫兹频段下合成孔径太赫兹雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)成像的特征及其形成的物理过程。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候、远距离和高分辨率成像等特点，合成孔径雷达的一个重要功能是成像，并且这一重要功能已广泛应用于军事和民用领域。随着合成孔径雷达技术越来越成熟，以及合成孔径雷达成像的分辨率不断提高，人们能够得到大量不同场景下不同分辨率的合成孔径雷达图像，且聚焦效果良好，而对这些良好聚焦的合成孔径雷达图像的解释工作显然成为了一项重要的工作；由于合成孔径雷达成像是实际三维物体在距离和方位维的二维投影，所以合成孔径雷达图像是不“直观”的，尤其对于人造的复杂物体如城市里此起彼伏的建筑等，电磁波在其中的相互作用往往会在合成孔径雷达成像中产生一些令人费解的现象，这将导致用肉眼识别和分析合成孔径雷达成像变得充满挑战并且非常耗时；如图1a所示的光学图像和图1b所示的图1a对应的星载合成孔径雷达图像。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种基于物理光学的太赫兹太赫兹雷达回波成像方法，该种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法便于操作，是一种能够进行参数化输入的面向复杂目标的太赫兹雷达回波模拟方法，且该基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法能足够精确地模拟电磁波和任意复杂目标相互作用的物理过程并生成对应太赫兹雷达回波，然后进行合成孔径成像，使之能够很好地解释和理解对应的实际SAR成像。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法，包括以下步骤：步骤1，确定太赫兹雷达，所述太赫兹雷达包含N个天线，每个天线包含若干个阵元；所述太赫兹雷达的检测范围内存在复杂目标，所述复杂目标为电大尺寸目标，然后对复杂目标进行三角面元划分，得到M个三角面元，以及每个三角面元的三个顶点坐标和每个三角面元的法相向量；N、M分别为大于0的自然数；步骤2，对N个天线分别进行等间隔采样，得到N个天线的NP个采样点，然后对第i个采样点进行随机抖动，得到第i个经过随机抖动的采样点以及第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，所述第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列包含ni个三角面元；然后令i分别取1至NP，进而得到第1个经过随机抖动的采样点至第NP个经过随机抖动的采样点，以及第1个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列至第NP个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，并分别记为NP个经过随机抖动的采样点以及NP个采样点对应的三角面元序列，i＝1,2,…,NP，n1+…+ni+…+nNP＝M，P表示每个天线进行等间隔采样后包含的采样点个数，且P个采样点为在每个天线中选取的阵元个数，P为大于0的自然数；步骤3，预先设定W个慢时间，然后根据预先设定的W个慢时间对M个三角面元分别进行遮挡照亮判断，分别得到M个三角面元经过W个慢时间旋转后的可见三角面元区域，以及W个慢时间对应的被照亮可见三角面元区域的时延集合P；步骤4，根据W个慢时间对应的被照亮可见三角面元区域的时延集合P，计算得到W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据；步骤5，对W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据分别沿快时间t进行匹配滤波处理，得到W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据的最终时域输出S(t)，t表示快时间；步骤6，根据W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据的最终时域输出S(t)，计算W个慢时间复杂目标对应的太赫兹雷达回波成像。本专利技术的有益效果：本专利技术基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法能足够精确地模拟电磁波和任意复杂目标相互作用的物理过程并生成对应太赫兹雷达回波，然后进行合成孔径成像，使之能够很好地解释和理解对应的实际SAR成像；同时，借助本专利技术方法能够仿真电磁波在场景中多次反射在雷达图像中的效果，有助于人们更好地解释雷达图像。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a为光学图像示意图；图1b为图1a对应的星载合成孔径雷达图像示意图；图2为本专利技术的一种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法流程图；图3a为3dsmax软件下二面角的三角面元模型示意图；图3b为使用本专利技术方法对3dsmax软件下二面角的三角面元模型的成像结果示意图；图4a为3dsmax软件下二面角加遮挡面的三角面元示意图；图4b为3dsmax软件下二面角加遮挡面的三角面元原理示意图；图4c为使用本专利技术方法对3dsmax软件下二面角加遮挡面的模型的成像结果示意图；图5a为3dsmax软件下城市的三角面元模型示意图；图5b为使用本专利技术方法对3dsmax软件下城市三角面元模型的成像结果示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照图2，为本专利技术的一种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法流程图；所述基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法，包括以下步骤：步骤1，确定太赫兹雷达，所述太赫兹雷达包含N个天线，每个天线包含若干个阵元；所述太赫兹雷达的检测范围内存在复杂目标，所述复杂目标为电大尺寸目标，且所述复杂目标位于三维空间坐标系xyz中，复杂目标在y轴上的最大长度为ymax，复杂目标上的所有点在三维坐标系中唯一确定，并将其坐标分别记为列向量，复杂目标的中心在三维坐标系的原点，且复杂目标随着第n个慢时间tn旋转，得到第n个慢时间旋转后的角度θn，n＝1,2,…,W，W表示预先设定的慢时间总个数，θn＝(n-1)×theta，theta表示太赫兹雷达所在转台角速度，并且太赫兹雷达发射的电磁波在该电大尺寸目标内部发生至少一次反射后回到太赫兹雷达，所述电大尺寸目标的物理尺寸与太赫兹雷达发射的电磁波的比值大于10；然后利用电磁仿真的有限元技术按照预先设定的精度要求对复杂目标进行三角面元划分，得到M个三角面元，以及每个三角面元的三个顶点坐标和每个三角面元的法相向量，并保存为STL格式文件；N、M分别为大于0的自然数。本实施例中N＝1，且使用主要利用电磁仿真的有限元技术的有限元分析软件Hypermesh对复杂目标进行三角面元划分；设定使用者要求的成像最小分辨力为fmin，则所述预先设定的精度要求为小于5倍成像最小分辨力为fmin。步骤2，对N个天线分别进行等间隔采样，得到N个天线的NP个采样点，然后对第i个采样点进行随机抖动，得到第i个经过随机抖动的采样点以及第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，所述第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列包含ni个三角面元；然后令i分别取1至NP，进而得到第1个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定太赫兹雷达，所述太赫兹雷达包含N个天线，每个天线包含若干个阵元；所述太赫兹雷达的检测范围内存在复杂目标，所述复杂目标为电大尺寸目标，然后对复杂目标进行三角面元划分，得到M个三角面元，以及每个三角面元的三个顶点坐标和每个三角面元的法相向量；N、M分别为大于0的自然数；步骤2，对N个天线分别进行等间隔采样，得到N个天线的NP个采样点，然后对第i个采样点进行随机抖动，得到第i个经过随机抖动的采样点以及第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，所述第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列包含ni个三角面元；然后令i分别取1至NP，进而得到第1个经过随机抖动的采样点至第NP个经过随机抖动的采样点，以及第1个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列至第NP个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，并分别记为NP个经过随机抖动的采样点以及NP个采样点对应的三角面元序列，i＝1,2,…,NP，n1+…+ni+…+nNP＝M，P表示每个天线进行等间隔采样后包含的采样点个数，且P个采样点为在每个天线中选取的阵元个数，P为大于0的自然数；步骤3，预先设定W个慢时间，然后根据预先设定的W个慢时间对M个三角面元分别进行遮挡照亮判断，分别得到M个三角面元经过W个慢时间旋转后的可见三角面元区域，以及W个慢时间对应的被照亮可见三角面元区域的时延集合P；步骤4，根据W个慢时间对应的被照亮可见三角面元区域的时延集合P，计算得到W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据；步骤5，对W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据分别沿快时间t进行匹配滤波处理，得到W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据的最终时域输出S(t)，t表示快时间；步骤6，根据W个慢时间对应的太赫兹雷达回波数据的最终时域输出S(t)，计算W个慢时间复杂目标对应的太赫兹雷达回波成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于物理光学的太赫兹雷达回波成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定太赫兹雷达，所述太赫兹雷达包含N个天线，每个天线包含若干个阵元；所述太赫兹雷达的检测范围内存在复杂目标，所述复杂目标为电大尺寸目标，然后对复杂目标进行三角面元划分，得到M个三角面元，以及每个三角面元的三个顶点坐标和每个三角面元的法相向量；N、M分别为大于0的自然数；步骤2，对N个天线分别进行等间隔采样，得到N个天线的NP个采样点，然后对第i个采样点进行随机抖动，得到第i个经过随机抖动的采样点以及第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，所述第i个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列包含ni个三角面元；然后令i分别取1至NP，进而得到第1个经过随机抖动的采样点至第NP个经过随机抖动的采样点，以及第1个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列至第NP个经过随机抖动的采样点对应的三角面元序列，并分别记为NP个经过随机抖动的采样点以及NP个采样点对应的三角面元序列，i＝1,2,…,NP，n1+…+ni+…+nNP＝M，P表示每个天线进行等间隔采样后包含的采样点个数，且P个采样点为在每个天线中选取的阵元个数，P为大于0的自然数；步骤3，预先设定W个慢时间，然后根据预先设定的W个慢时间对M个三角面元分别进行遮挡照亮判断，分别得到M个三角面元经过W个慢时间旋转后的可见三角面元区域，以及W个慢时...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁金闪，徐众，梁毅，王敏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61