一种基于RD算法的SAR海浪成像仿真方法技术

一种基于RD算法的SAR海浪成像仿真方法，包括利用蒙特卡罗法和海浪谱模拟二维粗糙海面；结合海浪调制理论和Bragg散射理论求解二维粗糙海面的后向散射系数，并生成复散射场；根据复散射场和线性调频信号生成斜距模型包含径向速度引起的斜距变化量的二维时域原始回波信号，从而可体现出速度聚束效应；对二维时域原始回波信号完成距离压缩，实现距离向成像聚焦；对距离压缩后的信号实现距离徙动校正后，完成方位压缩，最终完成RD算法的SAR海浪成像聚焦，得到海洋场景的SAR图像。本发明专利技术利用RD成像算法全链路仿真了SAR的成像过程，符合SAR工作原理，过程真实。

A simulation method of SAR wave imaging based on RD algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于RD算法的SAR海浪成像仿真方法
本专利技术涉及合成孔径雷达(SAR)的海洋应用领域，尤其涉及一种基于RD(Range-Doppler，距离-多普勒)算法的SAR海浪成像仿真方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)是一种具有高分辨率的成像雷达，不受环境、天气、光照的影响可以实现全天时全天候的观测。如今，SAR已经被广泛已经到农业生产、森林植被保护、海洋监测、海洋现象研究、海表面溢油检测、航行安全与船舰追踪、环境资源监测、军事战略防备等方面。合成孔径雷达在方位向利用真实天线运动等效大孔径天线从而将真实天线的宽波束等效为窄的波束来提高方位向分辨率；在距离向，通过传输宽的脉冲信号增加作用距离，利用脉冲压缩获得窄脉冲来改善距离向的分辨率。近年来，海样权益愈发重要，各国的海洋战略意识不断加强。海浪作为一种重要的海洋现象，与人们的生活密不可分。海浪包括风浪和涌浪，风浪是指由当地风产生的海面波动状态；涌浪是指海面上远处风区传来的波动。合成孔径雷达作为一种高分辨率成像雷达在海洋领域得到广泛应用。合成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RD算法的SAR海浪成像仿真方法，包括：/n1)建立模拟观测海洋场景：/n利用风浪谱和涌浪谱模拟二维粗糙海面，并获得海表轮廓高度图，定义x轴为距离向，y轴为方位向，z轴为垂直方向，设置海洋场景大小为(N

【技术特征摘要】
1.一种基于RD算法的SAR海浪成像仿真方法，包括：
1)建立模拟观测海洋场景：
利用风浪谱和涌浪谱模拟二维粗糙海面，并获得海表轮廓高度图，定义x轴为距离向，y轴为方位向，z轴为垂直方向，设置海洋场景大小为(NxΔx)×(NyΔy)，距离向分辨率为Δx，方位向分辨率为Δy，距离向采样点数为Nx，方位向采样点数为Ny，散射单元数为Nx×Ny；其特征在于还包括以下步骤：
2)对模拟二维粗糙海面求时间的偏导数得到海浪沿z轴和x轴的轨道速度，进而求得海浪的径向速度；
3)对模拟二维粗糙海面沿方位向和距离向求偏导数得到方位向斜率和距离向斜率，利用SAR入射角、方位向斜率和距离向斜率求得局地入射角；
利用Bragg散射理论求得海洋场景的各个散射单元HH通道或VV通道的Bragg散射系数矩阵；
利用局地入射角对各个散射单元的HH通道或VV通道的Bragg散射系数矩阵进行倾斜调制，根据流体力学调制理论利用流体力学调制函数进一步调制Bragg散射系数矩阵；
4)生成以经过倾斜调制和流体力学调制后的Bragg散射系数为方差、均值为0的复圆高斯随机数——即得到二维粗糙海面的散射场；
5)在SAR积分时间内M个时刻重复步骤1)到步骤4)，生成M个大小为(NxΔx)×(NyΔy)海表轮廓高度图、径向速度、二维粗糙海面的散射场，再对M个散射场分别添加满足高斯分布的相位差，得到M个二维粗糙海面的时变散射场；
6)利用步骤5)得到的M个海表轮廓高度图、径向速度、时变散射场，根据SAR发射的线性调频信号模拟各个散射单元的原始回波信号：
首先，对M个时刻中的每一个时刻，用该时刻的海表轮廓高度图和径向速度分别改变该时刻中各个散射单元SAR接收信号的信号延时，再将各个散射单元的M个时变散射场与M个改变信号时延的SAR接收信号分别相乘，得到各个散射单元的原始回波信号，并进行叠加得到所有散射单元叠加后的原始回波信号；
7)对叠加后的原始回波信号进行距离向压缩：
首先，根据线性调频信号生成调频率为Kr的距离向频域匹配滤波器Hr(fτ)，再将叠加后的散射单元原始回波信号进行距离向傅里叶变换到距离向频域，然后与距离向频域匹配滤波器Hr(fτ)相乘，即完成对叠加后的原始回波信号的距离向压缩，之后再经过距离向逆傅里叶变换为二维时域回波信号；
8)对步骤7)得到的二维时域回波信号进行方位向傅里叶变换到距离多普勒域——即方位向频域，利用插值函数进行距离插值，完成距离徙动校正，得到距离徙动校正后的距离多普勒域回波信号；
9)根据线性调频信号生成调频率为Ka的方位向频域匹配滤波器Hac(fη)，对步骤8)得到的距离多普勒域回波信号与方位向匹配滤波器Hac(fη)相乘，完成方位向压缩后，进行方位向傅里叶逆变换以将方位向压缩后的距离多普勒域回波信号到变换为海面场景的二维时域回波信号。


2.如权利要求1所述的基于RD算法的SAR海浪成像仿真方法，其特征在于：
所述步骤1)中，海洋场景大小为(NxΔx)×(NyΔy)的二维粗糙海面表示为：



其中xm＝mΔx，yn＝nΔy，Δx和Δy分别是二维粗糙海面x和y方向的分辨率，Δy＝v/PRF，Δx＝c/(2·Fs·sinθ)，c为光速，θ为雷达入射角，Fs为雷达采样频率，v为雷达飞行速度，PRF为脉冲重复频率；x方向上海洋场景长度为Lx＝NxΔx，y方向上长度为Ly＝NyΔy，Nx、Ny分别是x和y方向的离散点数，m∈[-Nx/2+1,Nx/2]，n∈[-Ny/2+1,Ny/2]，m，n是二维粗糙海面图像中的坐标，均为以上范围内的整数，mk∈[-Nx/2+1,Nx/2]，nk∈[-Ny/2+1,Ny/2]；mk,nk是二维粗糙海面的频域空间坐标，Nx和Ny取正偶数，t为时间，和是海浪波数在x和y方向分量，且为海浪波数，海浪波数为正数，为角频率，式中傅里叶变换系数为：



其中g为重力加速度，N(0,1)是服从标准正态分布的随机数，i为复数；是二维粗糙海表面的海浪谱；海浪谱由风浪谱和涌浪谱相加组成，风浪谱采用Elfouhaily谱，表示为：



涌浪谱采用PM谱，表示为：



其中，Bl和Bh分别为重力波和张力波的曲率谱，为风向角，Δ(k)为谱域相邻的谐波样本的空间波数差；α、β是无量纲经验常数，α...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，张彦敏，王运华，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37