一种应用于GNSS-SAR成像系统仿真的地面场景构建方案技术方案

本发明专利技术公布了一种能够应用于GNSS‑SAR成像系统仿真验证的地面场景构建方案。该方案基于蒙特卡罗方法进行随机地表建模，基于欧几里得原理进行建筑和树木建模，模型结构和场景布局灵活可控。本发明专利技术特点在于解决了GNSS‑SAR对地成像仿真中地面目标建模以目标复杂的实地勘测DEM为基础而导致的典型目标影像特征不利于单独观察的问题。

A Ground Scene Construction Scheme for GNSS-SAR Imaging System Simulation

The invention discloses a ground scene construction scheme which can be applied to the simulation and verification of GNSS SAR imaging system. The scheme is based on Monte Carlo method for random surface modeling and Euclidean principle for building and tree modeling. The model structure and scene layout are flexible and controllable. The invention solves the problem that the typical target image features caused by ground target modeling based on DEM of complex field survey are not conducive to separate observation in GNSS SAR imaging simulation.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于GNSS-SAR成像系统仿真的地面场景构建方案
本专利技术公布了一种能够应用于GNSS-SAR(GlobalNavigationSatelliteSystem-SyntheticApertureRadar)成像系统仿真验证的地面场景构建方案。该方案充分考虑到利用导航信号进行SAR成像与传统SAR成像空间分辨率方面的差异，以及不同地物目标电磁散射特性的差异，在此基础上，选择道路、建筑、树木三种典型地物目标进行地面场景构建。
技术介绍
GNSS-SAR是基于导航卫星的被动双基SAR，相比传统单基SAR拥有设备简单、功耗低、隐蔽性好等优点，是遥感成像方面的热点研究内容。在遥感成像研究中，需要大量待成像区域的回波数据，真实数据量远远不够，现有的数据也存在数据不全面的问题，例如一些独立目标或者特殊构型情况下的回波数据，然而这些数据对于考察系统综合性能和成像算法的有效性都有重要意义。因此通过目标建模来获得所需要目标的原始回波数据是一个重要的解决手段。目前，在SAR地面仿真场景构建方面，基于DEM(DigitalElevationModel)数据并运用分形插值进行地面目标的建模，所应用的DEM数据都是大面积山脉地形的数字化模拟，包含种类繁杂的地物目标，不利于典型目标成像特征的提取。基于此，本方案使用蒙特卡罗方法和欧几里得原理对随机地表、建筑和树木建模，使地面场景的构建灵活可控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：直接对典型地物：随机地表、建筑、树木进行建模，组合成满足要求的地面场景，解决基于DEM进行地面场景构建中目标复杂且无法自定义结构的问题。本专利技术的技术方案是：首先，基于蒙特卡罗方法进行随机地表建模，然后，基于欧几里得原理进行建筑和树木建模，最后，将三种模型按需求组合，构成成像场景。本专利技术的优点在于：1.该方案参考L波段信号下地面目标雷达散射强度统计值，选择其中电磁散射差异较大的随机地表、建筑、树木进行模型构建，具有代表性。2.该方案将随机地表、建筑、树木的构建分别给予参数化的定义。使地物模型在与真实目标充分接近的同时结构可控。具有方便、准确的优势。3.该方案考虑到GNSS-SAR成像分辨率的限制因素，构成模型的坐标点数量和场景布局方案可以根据需求调整，具有灵活性。4.该方案进行地面场景构建，不需要使用DEM信息，不受地域限制，有较好的工程应用价值。附图说明图1一种能够应用于GNSS-SAR成像系统仿真验证的地面场景构建方案图2随机地表图3建筑图4树木图5多个建筑生成及移位方案图6多棵树木生成及移位方案图7地面场景图8地面场景成像仿真流程图9GNSS-SAR成像系统仿真验证使用的仿真场景图10所构建地面场景的成像结果具体实施1.基于蒙特卡罗方法模拟生成随机地表，其步骤是首先对白噪声进行快速傅里叶变换，然后在频域用某一确定的功率谱对其进行滤波，最后再做逆快速傅里叶变换，就可得到该随机地表的高度起伏。代入不同的功率谱密度函数可生成不同随机特性的地表，粗糙随机地表的功率谱密度函数更接近高斯型，使用高斯自相关函数进行粗糙随机地表的构建，自定义点坐标间隔，对随机地表坐标进行抽取，随机地表效果图如图2所示。2.基于欧几里得几何学，采用点目标重构法，建筑的外轮廓为立方体结构，可以用立方体等规则形状去描述诸如建筑这类地物目标。首先生成三维零矩阵(大于建筑尺寸)，根据建筑尺寸确定每个面，处于面上的点的矩阵值变为1，然后查找三维零矩阵中矩阵值不为0的点的索引值index，最后定义坐标间隔Δx、Δy、Δz对目标进行点间隔调整，最终构成点目标的所有坐标值如式(1)所示。建筑效果图如图3所示。3.基于欧几里德原理，采用点目标重构法进行树木的构建。树木的外轮廓为伞状结构，在用规则形状圆锥和圆柱去描述树木这类地物目标的同时，考虑到树冠表面的不规则性，进行网格点扩散。其中网格点扩散包括水平扩散和垂直扩散，树木效果图如图4所示。4.地物场景构建示例：生成以坐标原点为中心的随机地表(1000×1000m，截断长度200m，相关长度0.5m，均方根高度0.003m)。生成两座建筑(单座尺寸：61×61×100m)，并将两座建筑分别从坐标原点移位至任一目标位置，图5为程序中输入的一种移位方案。生成五棵树(高25m，圆周半径8m)，并将五棵树分别从坐标原点移位至任一目标位置，图6为程序中输入的一种移位方案。将随机地表、建筑、树木组合成地物场景，如图7所示。5.使用步骤4中所构建的地物场景进行GNSS-SAR成像系统仿真验证：地物目标成像仿真流程如图8所示。选取能与场景构成后向散射模式的卫星作为信号源，卫星的位置和速度根据历书计算得到，接收机为机载模式，对所构建地物场景进行仿真，仿真场景如图9所示，成像结果如图10所示。目标成出的像与步骤4搭建的地物场景一一对应，建筑成出的直角状结构、树木的点状结构可为目标识别提供依据，两座建筑表现为强反射，左侧的树木表现为较强反射，道路表现为极弱反射，体现不同地物后向散射系数的差异。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够应用于GNSS‑SAR成像系统仿真验证的地面场景构建方案。

【技术特征摘要】
1.一种能够应用于GNSS-SAR成像系统仿真验证的地面场景构建方案。2.要求1中基于蒙特卡罗方法进行随机地表建模的方法。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11