一种高分辨率合成孔径雷达的目标散射特性建模方法技术

本发明专利技术提供一种高分辨率合成孔径雷达的目标散射特性建模方法，采用了ＧＲＥＣＯ原理和雷达建模仿真成像技术相结合的方法。首先利用ＧＲＥＣＯ原理分析目标模型的散射特性，生成目标在屏幕坐标系下的三维电磁散射模型，然后通过坐标转换将该散射模型转换为在场景坐标系中三维散射场景，再利用机载ＳＡＲ回波仿真模型对该三维场景目标进行回波仿真，经成像处理后生成目标在不同姿态下的高分辨率ＲＣＳ雷达图像。为获取军事目标高分辨率雷达图像提供了一种有效的途径，丰富了自动目标识别研究雷达图像数据源的目标样本，对提高制导武器的识别精度研究有着重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达图像处理领域，具体涉及一种利用计算机图形电磁学(GRECO)原理 和雷达建模仿真成像技术来对高分辨率合成孔径雷达(SAR)目标进行RCS散射特性建禾莫 的方法。
技术介绍
GRECO (Graphic Electromagnetic Computing)技术是1993年西班牙人Rius等 人提出的一种计算雷达散射截面(RCS)的方法。目前被广泛地应用于高频条件下分析复杂 目标的散射特性。它充分地利用了计算机硬件对图形处理的优势，由图形加速卡完成最困难、 最费时的光照遮挡和消隐工作。不仅能准确的模拟目标的散射特性，还具有存储量小、运算 速度快、实时性好的特点。GRECO原理图如图-1所示，首先利用OpenGL API函数将目标的3DMax模型读入 创建的OpenGL视口，设置目标模型的姿态、光照模型和目标模型的材质特性，将目标在屏 幕上显示出来。读取屏幕上像素点的颜色分量和深度缓存，确定散射面元的法矢量，通过高 频近似计算理论中的物理光学计算方法得到目标每个散射点的RCS值。合成孔径雷达问世以来就成为人类对周围环境进行探测的重要工具。随着SAR分辨率的 不断提高，自动目标识别(Automatic Target Recognition,简称ATR)得到迅速的发展， ATR是指从雷达回波中提取目标的有关信息标志和稳定特征并判明目标属性的一门技术。现 代战争对武器的智能化要求越来越高，如何提高制导武器打击的精度成为众多国家研究的热 点。在这种背景下，ATR技术受到了人们的高度重视，提高武器的对目标识别的准确度是 ATR研究的关键。要提高制导武器对目标识别的准确度，就要求有高分辨率的雷达图像作为ATR研究的数 据源，目前ATR技术中对目标检索方法主要有基于模板和基于模型两种方法，这两种方法都 要求样本库中具有大量高精度的目标样本资源，而军事目标的雷达图像样本往往是比较难以 获得的，尤其是高分辨率的雷达图像，这很大程度上制约了ATR的研究。目前国内大多釆用 美国DARPA/AFRLMSTAR工作组提供的实测SAR地面静止目标数据作为ATR研究的雷 达数据源，伹其中目标较为单一，分辨率较低，很难满足高分辨率SAR ATR研究的要求。 所以如何获取军事目标的高分辨率的雷达图像对ATR研究具有相当重要的意义。 专利技术 内 容本专利技术提供一种高分辨率合成孔径雷达的目标建模方法，采用了 GRECO建模和雷达建 才莫仿真成像技术相结合的方法，生成了高分辨率SAR的典型军事目标在不同雷达视角和姿态 角下雷达图像，为获取军事目标高分辨率雷达图像提供了一种有效的途径，丰富了ATR研究 雷达图像数据源的目标样本，对提高制导武器的识别精度有着重要的意义。一种高分辨率合成孔径雷达的目标建模方法，包括如下步骤步骤l:获取典型军事目标的3DS格式的模型数据文件，并读入建模计算机。步骤2:将目标的3DS格式的模型读入到OpenGL视口 ，设置目标模型的姿态、OpenGL 光照模型和模型的材质特性，将目标模型在OpenGL视口中显示出来。步骤3:通过读取OpenGL视口上像素点的颜色分量来确定像素点所对应散射面元的法 矢量，进而确定光照入射方向和散射面元法矢量之间的夹角；读取像素点的深度缓存值来确 定像素点对应的散射面元到OpenGL视口平面的距离，结合雷达发射波参数和像素点的单位 线度，计算每个散射点的RCS值。由毎个像素点对应的散^f点在屏幕坐标系下的三维坐标和 RCS值，可生成该目标模型在屏幕坐标系下的具有雷达散射特性的三维电磁散射模型。步骤4:设置场景坐标系中的X-Y平面为地球表面，垂直于地球表面向上为Z的正方向； 屏幕坐标系x轴方向为屏幕上的水平向右方向，Y方向为屏幕上竖直向上，z方向为垂直屏 幕向外；设模型在OpenGL视口中沿屏幕坐标系的X轴旋转角度P，再沿模型坐标系z轴旋 转角度"，则场景坐标系由屏幕坐标系绕^轴旋转^得到，将每个散射点在屏幕坐标系下的 三维坐标转为在场景坐标系中的三维坐标，得到模拟真实目标的三维散射场景。步骤5:设置真实的机载雷达参数，建立高分辨率机载SAR回波仿真模型，对目标场景 进行仿真成像，生成目标不同雷达视角和目标姿态角下的髙分辨率RCS雷达图像。所述步骤3中，由像素点在OpenGL视口平面上的相对位置和像素点的单位线度相乘构 成每个散射点的X-Y坐标，将像素点的深度缓存值与像素点的单位线度相乘构成散射点的Z 坐标，由X-Y坐标和Z坐标可生成该像素点对应的散射点在屏幕坐标系下的三维坐标。所述步骤3中，利用高频近似计算理论中的物理光学计算理论计算每个散射点的RCS 值，并结合散射点的三维坐标生成了目标具有雷达散^f特性的三维电磁散射模型。所述步骤5中，仿真成像时，所选用的雷达视角为模型在OpenGL视口中绕屏幕坐标系 的X轴的旋转角，目标在地面上的姿态角为模型绕模型坐标系的Z轴的旋转角。通过以上方法来实现高分辨率SAR目标建模有如下优势(1) 利用计算机仿真比实测得到目标的RCS雷达图像数据更为快捷，成本更低；(2) 利用计算机完成了费时的光照的遮挡工作，运算速度较快、计算量较小；(3) 通过改变，莫型的姿态就可生成不同雷达视角和姿态角下得雷达图像，具有很好的实 时性和较大的灵活性；(4)生成目标的RCS雷达图像具有很高的分辨率。附图说明图1是GRECO原理图；图2是本专利技术基于雷达目标散射特性建模的整体框架图；图3是本专利技术利用GRECO进行目标RCS建模具体实施的流程图；图4是本专利技术屏幕坐标系和模型坐标系重合时的关系图；图5是本专利技术在有一定旋转角情况下屏幕坐标系和模型坐标系之间的关系图；图6是本专利技术利用雷达建^莫仿真成像的流程图；图7是本专利技术中模型坐标系、屏幕坐标系和场景坐标系之间的关系图； 图8是本专利技术生成的战斗机的RCS雷达图像。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本实施例结合附图说明，详细阐述利用GRECO原理和雷达仿真成像技术来对高分辨率 SAR目标进行散射特性建模的具体实施方案，整个过程的框架图如图2，大致可分为五个步 骤来说明前三步是对目标模型进行RCS散射特性建模的过程，该过程可用图3来表示。下面结 合图3对该过程进行详细地说明。第一步获取目标战斗机3DS格式的模型数据文件。用Autodesk 3ds Max8.0为目 标战斗机建模，3DS格式文件是3DMax软件支持的一种模型数据文件。".3ds"文件结构 是由"块"组成的，它们描述了接在它们后面的数据信息。"块"由两部分组成ID和下一 个数据块的位置。3DS文件有一个主块，m是0x4D4D，这个块是3DS文件的开始。通过 寻找不同块的ID,可以读取文件中各种数据信息。第二步OpenGL屏幕显示。利用OpenGL API函数读入目标战斗机3DS格式的模型 数据文件后，设置目标模型在OpenGL视口中的姿态。本实施例中，OpenGL视口的大小 为400X400像素，目标模型在OpenGL视口中的显示图在X， Y方向上最大长度为200 个像素左右，像素点的单位线度等于目标的真实尺寸除以模型在OpenGL视口平面相应位置 所对应的像素点的个数，比如本实施例中F-14战斗机的机身长度大约位20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率合成孔径雷达的目标散射特性建模方法，包括如下步骤：　　　　步骤一：获取典型军事目标的３ＤＳ格式的模型数据文件，并读入建模计算机；　　　　步骤二：将目标的３ＤＳ格式的模型读入到ＯｐｅｎＧＬ视口，设置目标模型的状态、ＯｐｅｎＧＬ光照模型和模型的材质特性，将目标模型在ＯｐｅｎＧＬ视口中显示出来；　　　　步骤三：通过读取ＯｐｅｎＧＬ视口上像素点的颜色分量来确定像素点所对应散射面元的法矢量，进而确定光照入射方向和散射面元法矢量之间的夹角；读取像素点的深度缓存值来确定像素点对应的散射面元到ＯｐｅｎＧＬ视口平面的距离，结合雷达发射波参数和像素点的单位线度，计算每个散射点的ＲＣＳ值，结合该像素点对应散射点的在屏幕坐标系下的三维坐标，生成该目标模型在屏幕坐标系下的具有雷达散射特性的三维电磁散射模型；　　　　步骤四：设置场景坐标系中的Ｘ－Ｙ平面为地球表面，垂直于地球表面向上为Ｚ的正方向；屏幕坐标系ｘ轴方向为屏幕上的水平向右方向，ｙ方向为屏幕上竖直向上，ｚ方向为垂直屏幕向外；设模型在ＯｐｅｎＧＬ视口中沿屏幕坐标系的ｘ轴旋转角度θ，再沿模型坐标系ｚ轴旋转角度α，则场景坐标系由屏幕坐标系绕ｘ轴旋转θ得到，将每个散射点在屏幕坐标系下的三维坐标转为在场景坐标系中的三维坐标，得到模拟真实目标的三维电磁散射场景；　　　　步骤五：设置真实的机载雷达参数，利用机载高分辨ＳＡＲ回波仿真模型对场景目标进行回波仿真，再进行成像处理，生成目标在不同雷达视角和目标姿态角下的高分辨率ＲＣＳ雷达图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，李少斌，段世忠，杨威，李春升，李军显，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]