一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法及其系统，包括步骤：S1成像基础数据加工：包括地形地物数据分类和陆地数字高程模型处理；S2扫描范围确定及划分：根据载机位置和姿态参数、雷达的量程和分辨率以及天线的扫描范围参数计算得到，包括距离向尺寸范围和方位向扫描范围，沿距离向和方位向划分扫描范围为数个规则小面单元；S3对小面单元模型的后向散射系数进行计算和雷达图像特征融合，得到一个波束成像数据；S4生成仿真图像并显示。可以用于不同型号的机载雷达，对不同区域的地形和地物进行仿真成像。

【技术实现步骤摘要】
一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法及其系统
本专利技术涉及雷达成像仿真
，具体而言，涉及一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法及其系统。
技术介绍
雷达成像为作战飞机的战场侦察、监视、导航和精确打击提供信息支持，具有全天候对地面和海面进行地图测绘的特点。目前部队飞行训练的重点内容之一就是研究如何合理利用机载雷达的地图测绘功能，使飞行员、自动驾驶仪和雷达系统达到最佳配合，在飞行员操作尽量简单的情况下，实现对目标的准确辨别和有效攻击。然而，全功能模拟器和实装训练由于成本昂贵、训练场地环境受限、学员数量多等因素的制约很难经常性、多批次开展，并且全功能模拟器在雷达方面的模拟训练功能也不尽完善。因此，借助仿真雷达进行模拟训练是解决这个问题的理想途径。国外对机载雷达成像仿真的研究比较全面，深入，软件开发技术先进，商业化程度高，应用性好，但是对我国封锁。而国内对机载雷达成像仿真的研究相对较晚，多数雷达仿真系统仅仅从原理上进行说明，均未给出完整的仿真过程，难见商业化产品，在完整性、通用性、兼容性等方面和国外的差距还比较大。目前雷达成像仿真研究可以分为三类：第一类严格按照雷达成像过程，仿真从目标空间到信号空间的回波形成过程，和从信号空间到图像空间的成像过程，其重点在于雷达回波信号仿真，而后利用与实际系统相同或相似的成像算法得到仿真图像；第二类将雷达看成一个信号传递系统，用后向散射系数图作为输入，与系统传递函数相卷积得到雷达仿真图像，这两类方法仿真精度高，得到的模拟图像逼真性强，但由于涉及到信号仿真，通常方法复杂且计算量很大，实时性差，往往需要通过DSP、FPGA等硬件加速来实现，这种做法虽然非常贴近实装，但对于面向模拟训练的应用来讲，其技术研发和使用成本都是比较高的。第三类方法以特征模拟为基础，通过雷达成像的几何模型和辐射模型得到雷达图像。仿真方法简单，实时性高，但仿真精度不如前两类方法。此外，大多数的雷达成像仿真软件包含多个系统模块，而各模块的执行和模块间通信采用串行方式执行，仿真速度慢，效率低，难以满足雷达实时扫描成像的需求。综上所述，现有雷达成像仿真存在以下几个问题：(1)国外对我国技术封锁，而国内多数停留在理论研究上，难见商业化产品；(2)仿真成像算法复杂，计算量大，实时性差，需通过硬件加速，但研发成本高；(3)成像仿真软件各系统模块采用串行方式执行，速度慢，效率低，不能满足成像要求。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法及其系统。可以用于不同型号的机载雷达，对不同区域的地形和地物进行仿真成像。对于飞行员看到的雷达图像而言，只需确定成像范围、图像分辨率、像素灰度和图像刷新方式等四个因素就可以实现面向模拟训练的仿真目的。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法，包括步骤：S1成像基础数据加工：包括地形地物数据分类和陆地数字高程模型(DigitalElevationModel，简称DEM)处理；S2扫描范围确定及划分：根据载机位置和姿态参数、雷达的量程和分辨率以及天线的扫描范围参数计算得到，包括距离向尺寸范围和方位向扫描范围，沿距离向和方位向划分扫描范围为数个规则小面单元；S3对小面单元模型的后向散射系数进行计算和雷达图像特征融合，得到一个波束成像数据；S4生成仿真图像并显示。进一步，所述地形地物数据分类，是指对航拍照片或者卫星图像按照图像分类算法或利用遥感图像处理软件进行分类；所述陆地数字高程模型的处理，是指利用分形插值方法将按照一定空间采样间隔勘测得到的高程数据插值成分辨率更高的地形截面；地形地物分类数据以及陆地数字高程模型数据，以二维数组的形式读入到计算机内存中，然后利用CUDA(ComputeUnifiedDevicesArchitecture，计算统一设备架构)对应拷贝函数复制到显存设备的CUDA纹理存储器中。进一步，获取波束成像数据的步骤包括：S31根据距离向尺寸范围[MinDist，MaxDist]和方位向扫描范围[StartAngle，EndAngle]，结合距离向分辨率XResolution和方位向扫描间隔YResolution将扫描成像范围划分为DIMX＊DIMY个规则小面单元，其中：DIMX＝(MaxDist-MinDist)/XResolution；DIMY＝(EndAngle-StartAngle)/YResolution；为各小面单元配置线程：指定二维线程块blocks大小为(nBlockX，nBlockY)，二维线程格grids大小为(DIMX/nBlockX，DIMY/nBlockY)，二维线程块各维大小分别用blockDim.x和blockDim.y表示，任一线程在线程块中的索引用threadIdx.x和threadIdx.y表示，二维线程格中各维大小分别用gridDim.x和gridDim.y表示，任一线程块在线程格中的索引用blockIdx.x和blockIdx.y表示，其中：blockDim.x＝nBlockX，blockDim.y＝nBlockY；gridDim.x＝DIMX/nBlockX，gridDim.y＝DIMY/nBlockY；各线程在线程格中的索引为：距离门索引idxX＝threadIdx.x+blockIdx.x＊blockDim.x；方位门索引idxY＝threadIdx.y+blockIdx.y＊blockDim.y；因此各小面单元的索引也为(idxX，idxY)；计算各小面单元idxX，idxY)在成像范围内的距离DistX和方位角AzimY：DistX＝MinDist+idxX＊XResolution；AzimY＝StartAngle+idxY＊YResolution；S32从CUDA纹理存储器中读取小面单元(DistX，AzimY)对应位置的地形地物分类和陆地数字高程模型数据；S33结合载机位置确定各小面单元模型的雷达波入射角，并行计算各小面单元模型的后向散射系数，得到一个波束RCS(雷达散射截面)值，保存于CUDA全局存储器中；S34将步骤S33得到的一个波束RCS值与雷达系统传递函数相卷积，即雷达图像特征融合；S35得到一个波束成像数据，保存于显存设备的CUDA全局存储器中。进一步，所述图像显示包括步骤：S41将得到的一个波束成像数据从显存设备的CUDA全局存储器中复制到计算机内存中；S42将一个波束成像数据利用扇形填充算法填充到图像缓冲区并显示；所述的图像缓冲区，是在计算机主机内存中按照图像尺寸(ImageWidth＊ImageHeight)分配的物理内存(ImageWidth＊ImageHeight＊nPixel)，其中ImageWidth代表图像像素宽度，ImageHeight代表图像像素高度，nPixel代表图像通道数。进一步，小面单元模型的后向散射系数计算步骤包括：S331：根据最小二乘原理，取各小面单元与其对应区域的陆地数字高程模型，进行插值拟合，得到与地表平面相切的小面单元模型；S332：计算各小面单元模型的雷达波入射角；S333：小面单元模型后向散射系数按照单位面积的平均后向散射系数经验模型公式进行计算得到：后向散射系数经验模型公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法，其特征在于，包括步骤：S1成像基础数据加工：包括地形地物数据分类和陆地数字高程模型处理；S2扫描范围确定及划分：根据载机位置和姿态参数、雷达的量程和分辨率以及天线的扫描范围参数计算得到，包括距离向尺寸范围和方位向扫描范围，沿距离向和方位向划分扫描范围为数个规则小面单元；S3对小面单元模型的后向散射系数进行计算和雷达图像特征融合，得到一个波束成像数据；S4生成仿真图像并显示。

【技术特征摘要】
1.一种实现分布式大场景雷达成像仿真方法，其特征在于，包括步骤：S1成像基础数据加工：包括地形地物数据分类和陆地数字高程模型处理；S2扫描范围确定及划分：根据载机位置和姿态参数、雷达的量程和分辨率以及天线的扫描范围参数计算得到，包括距离向尺寸范围和方位向扫描范围，沿距离向和方位向划分扫描范围为数个规则小面单元；S3对小面单元模型的后向散射系数进行计算和雷达图像特征融合，得到一个波束成像数据；S4生成仿真图像并显示。2.根据权利要求1所述实现分布式大场景雷达成像仿真方法，其特征在于，所述地形地物数据分类，是指对航拍照片或者卫星图像按照图像分类算法或利用遥感图像处理软件进行分类；所述陆地数字高程模型的处理，是指利用分形插值方法将按照一定空间采样间隔勘测得到的高程数据插值成分辨率更高的地形截面；地形地物分类数据以及陆地数字高程模型数据，以二维数组的形式读入到计算机内存中，然后利用CUDA对应拷贝函数复制到显存设备的CUDA纹理存储器中。3.根据权利要求2所述实现分布式大场景雷达成像仿真方法，其特征在于，获取波束成像数据的步骤包括：S31根据距离向尺寸范围[MinDist，MaxDist]和方位向扫描范围[StartAngle，EndAngle]，结合距离向分辨率XResolution和方位向扫描间隔YResolution将扫描成像范围划分为DIMX＊DIMY个规则小面单元，其中：DIMX＝(MaxDist-MinDist)/XResolution；DIMY＝(EndAngle-StartAngle)/YResolution；为各小面单元配置线程：指定二维线程块blocks大小为(nBlockX，nBlockY)，二维线程格grids大小为(DIMX/nBlockX，DIMY/nBlockY)，二维线程块各维大小分别用blockDim.x和blockDim.y表示，任一线程在线程块中的索引用threadIdx.x和threadIdx.y表示，二维线程格中各维大小分别用gridDim.x和gridDim.y表示，任一线程块在线程格中的索引用blockIdx.x和blockIdx.y表示，其中：blockDim.x＝nBlockX，blockDim.y＝nBlockY；gridDim.x＝DIMX/nBlockX，gridDim.y＝DIMY/nBlockY；各线程在线程格中的索引为：距离门索引idxX＝threadIdx.x+blockIdx.x＊blockDim.x；方位门索引idxY＝threadIdx.y+blockIdx.y＊blockDim.y；因此各小面单元的索引也为(idxX，idxY)；计算各小面单元(idxX，idxY)在成像范围内的距离DistX和方位角AzimY：DistX＝MinDist+idxX＊XResolution；AzimY＝StartAngle+idxY＊YResolution；S32从CUDA纹理存储器中读取小面单元(DistX，AzimY)对应位置的地形地物分类和陆地数字高程模型数据；S33结合载机位置确定各小面单元模型的雷达波入射角，并行计算各小面单元模型的后向散射系数，得到一个波束RCS值，保存于CUDA全局存储器中；S34将步骤S33得到的一个波束RCS值与雷达系统传递函数相卷积，即雷达图像特征融合；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洋，吕永刚，王晓玲，纪占采，刘鲁峰，刘雅娟，肖吉星，
申请(专利权)人：青岛擎鹰信息科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37