基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法，其主要思路为：获取SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据，其中包含K个点目标；将所述K个点目标随机分布在地理坐标系中的二维地面上，计算精细化处理后SAR雷达波束范围内包含的DEM数据；获取精细化处理后SAR雷达波束范围内的DEM数据的后向散射特性分布；利用改进的下视角比较法对Q个小面元进行阴影区域判定，计算经过阴影区域判定后Q个小面元的最终实际后向散射系数，进而计算Q个小面元的SAR雷达回波，此时在图形处理单元GPU中完成了整个三维场景的回波仿真，最后将GPU中的回波信号发送至CPU处理器进行输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理
，特别涉及一种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法，适用于大场景三维地形SAR雷达回波的模拟。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)能够全天时、全天候地对目标或场景进行观测，在灾害监测、资源勘查，尤其是军事和民用领域都有着巨大的应用空间。随着合成孔径雷达(SAR)技术日益发展，在对新型SAR设计方案和成像算法验证和评估时，需要满足特定参数的SAR回波信号，而这无法直接通过雷达录取回波得到，因此需要进行SAR回波仿真工作；SAR回波仿真分为逆向法和正向法，其中，逆向法是基于二维SAR图像进行回波录取，其简化了后向散射系数的计算，但丢失了场景的高程信息，最终获取的信息量只是基准SAR图像的子集，成像效果有限；正向法是基于原始地形结构的三维数据进行回波录取，可以实现场景的重构，在复杂地形探测、景象匹配制导中有重大作用。相比逆向法，正向法虽然复杂，但却拥有逆向法无法实现的优势，因此研究三维地面场景的正向法回波仿真是非常必要的。然而对三维地面大场景目标进行正向法回波仿真时，面对的第一个难题就是如何有效地模拟后向散射的过程。关于此电磁散射的计算有很多方法，如物理光学法、几何绕射法等，都涉及到具体的散射机理，求解过程相对困难；考虑到合成孔径雷达常以地面场景为观测对象，因此可以采用实测数据结合雷达工作频率、波束射线侧偏角等因素，估算出后向散射系数的参考数值，这其中的计算量也是巨大的，此外还存在着阴影遮挡如何判断，大场景的回波仿真如何快速实现等问题。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法，使用该种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法能够快速得到高信噪比的三维场景SAR雷达回波。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。一种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法，包括以下步骤：步骤1，获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据；所述SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据包含K个点目标；K为自然数；步骤2，对SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据进行插值处理，得到插值处理后的数字高程模型DEM数据；所述插值处理后的数字高程模型DEM数据包含K个点目标，然后将所述K个点目标随机分布在地理坐标系中的二维地形地形上，并任意选取其中一个点目标作为基准点目标，将该基准点目标坐标记为(x,y)，z(x,y)为该基准点目标对应的数字高程，计算得到时刻t时所述基准点目标在SAR雷达的载机上的累积概率密度函数F(t)，进而计算得到所述基准点目标在SAR雷达的载机上的三维地形的粗糙度方差σ；t为时间变量，K为自然数；步骤3，根据基准点目标在SAR雷达的载机上的三维地形的粗糙度方差σ，对插值处理后的数字高程模型DEM数据进行精细化处理，得到精细化处理后SAR雷达波束范围内包含的DEM数据；步骤4，将精细化处理后SAR雷达波束范围内的DEM数据划分为Q个小面元，其中第α个小面元的波束侧偏角为θα，然后分别计算波束侧偏角为θ1时第1个小面元的后向散射系数σ1，到波束侧偏角为θQ时第Q个小面元的后向散射系数σQ，并将所述后向散射系数σ1到所述后向散射系数σQ的和，作为精细化处理后SAR雷达波束范围内的DEM数据的后向散射特性分布；其中，α∈{1,2,…,Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据；所述SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据包含K个点目标；K为自然数；步骤2，对SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据进行插值处理，得到插值处理后的数字高程模型DEM数据；所述插值处理后的数字高程模型DEM数据包含K个点目标，然后将所述K个点目标随机分布在地理坐标系中的二维地形形上，并任意选取其中一个点目标作为基准点目标，将该基准点目标坐标记为(x,y)，z(x,y)为该基准点目标对应的数字高程，计算得到时刻t时所述基准点目标在SAR雷达的载机上的累积概率密度函数F(t)，进而计算得到所述基准点目标在SAR雷达的载机上的三维地形的粗糙度方差σ；t为时间变量，K为自然数；步骤3，根据基准点目标在SAR雷达的载机上的三维地形的粗糙度方差σ，对插值处理后的数字高程模型DEM数据进行精细化处理，得到精细化处理后SAR雷达波束范围内包含的DEM数据；步骤4，将精细化处理后SAR雷达波束范围内的DEM数据划分为Q个小面元，其中第α个小面元的波束侧偏角为θα，然后分别计算波束侧偏角为θ1时第1个小面元的后向散射系数σ1，到波束侧偏角为θQ时第Q个小面元的后向散射系数σQ，并将所述后向散射系数σ1到所述后向散射系数σQ的和，作为精细化处理后SAR雷达波束范围内的DEM数据的后向散射特性分布；其中，α∈{1,2,…,Q}，Q为自然数；步骤5，得到精细化处理后SAR雷达波束范围内的DEM数据的后向散射特性分布后，利用改进的下视角比较法对Q个小面元进行阴影区域判定，进而计算得到经过阴影区域判定后Q个小面元的最终实际后向散射系数；步骤6，根据经过阴影区域判定后Q个小面元的最终实际后向散射系数，分别计算Q个小面元各自的SAR雷达回波，然后使用线程外推技术对Q个小面元各自的SAR雷达回波进行累加，得到Q个小面元的SAR雷达回波，完成整个三维场景的回波仿真。...

【技术特征摘要】
1.一种基于正向法的仿三维场景SAR雷达回波的快速实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据；所述SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据包含K个点目标；K为自然数；步骤2，对SAR雷达波束范围内的数字高程模型DEM数据进行插值处理，得到插值处理后的数字高程模型DEM数据；所述插值处理后的数字高程模型DEM数据包含K个点目标，然后将所述K个点目标随机分布在地理坐标系中的二维地形形上，并任意选取其中一个点目标作为基准点目标，将该基准点目标坐标记为(x,y)，z(x,y)为该基准点目标对应的数字高程，计算得到时刻t时所述基准点目标在SAR...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢孟道，景国彬，张云骥，孙光才，
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