三维场景SAR射频仿真技术研究

三维场景合成孔径雷达（SAR）射频仿真对于SAR系统调试、SAR信号处理算法的研究具有重要意义。SAR射频回波信号仿真是SAR射频仿真技术的核心。结合SAR回波模型,在SAR射频仿真总体方案的基础上,提出了三维场景SAR射频回波实时仿真方法,根据SAR雷达平台飞行航迹信息实时计算成像场景后向散射系数、雷达与目标距离、遮挡因子、天线方向图加权因子等关键参数,实现了三维场景的SAR射频回波信号实时模拟,验证了该方法的正确性。     

一种舰船目标SAR回波的快速仿真方法

为满足合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在海洋遥感的应用需求,提出—种舰船目标SAR成像的快速仿真方法.对成像场景中重点关注的目标进行精确电磁建模,并利用"四路径"模型计算目标与海面的复合散射回波,对海面背景采用散射面元法计算回波;将舰船复合散射回波与海面回波进行合成得到总的sAR...     

一种SAR回波信号模拟方法的研究

深入分析了一种SAR回波信号模拟的方法.讨论了如何利用原始DEM数据构建地面三维几何模拟目标,分析了如何构建地面散射单元,讨论了地面散射单元散射参数的计算模型,根据雷达方程、单元散射模型及雷达脉冲信号形式建立了SAR回波信号的数学模型.最后根据所建立的模拟方法完成了一块真实自然地表的SAR回波信号的仿真,并取得了较为满意的结果.     

星载SAR海面顺轨干涉仿真研究

星载SAR海面顺轨干涉(ATI)仿真对理解海面ATI成像机制、指导海洋遥感SAR系统设计具有重要意义.在基于时序的星裁SAR海面场景回波生成基础上,对海面ATI展开仿真研究,内容包括顺轨编队设计、海面建模、海面电磁散射建模、动态场景回波生成、SAR成像和AtI数据处理,给出单色波和分形海面仿真实例,ATI处理结果表明该星载SAR海面顺轨干涉仿真思路有效.     

基于FDTD的高保真SAR回波信号仿真方法

针对传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)回波仿真算法忽略目标散射特性在观测时间内随方位角度和信号频率变化这一问题,提出一种基于时域有限差分方法(finite--difference time-domain method, FDTD)电磁散射计算的SAR原始回波数据生成方法,在此基础上提出了基于服务器的并行仿真策略及流程。该方法利用FDTD算法及后续仿真处理精确模拟了SAR系统线性调频脉冲信号从卫星传感器发射后,与场景目标发生相互作用,再被SAR系统传感器接收并生成原始回波数据的全部物理过程,从而得到高保真的SAR原始回波数据。最后,通过典型目标时间谱与空间谱的仿真对比实验及最终成像结果证明了本文所提算法的正确性及有效性。     

地海交界分区域复合粗糙面建模及电磁散射特性研究

研究了地海交界分区域复合粗糙面的建模方法及其电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,采用高斯谱模拟实际地面,采用变浅系数与北海联合海浪计划(joint north sea wave project, JONSWAP)谱结合而成的有限水深海谱模拟实际近海海面,基于分区域复合粗糙面建模理论,运用多种加权反正切函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型自然环境。考虑了各介质区域内部的面元耦合以及区域之间和交界处面元的耦合作用,对地海交界分区域复合粗糙面的散射问题,提出了一种基于分区域面元的迭代物理光学法,采用快速远场近似（fast far field approximation, FaFFA）与局部耦合技术加速其迭代过程。对比了陆地粗糙面、海面和地海交界分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了极化方式、入射角、边界形状、陆地粗糙面的均方根高度、相关长度和近海海面的风速对地海交界分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。基于迭代物理光学法所获取的分区域复合粗糙面总散射场,采用正侧视条带式成像模式,选用距离多普勒算法对不同特点的地海分区域复合粗糙面进行合〖JP2〗成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像,并讨论了陆地粗糙面与海面各自的相对介电常数对SAR成像的影响。该研究包括了地海交界环境的建模、电磁散射特性的求解及其SAR成像,由仿真结果得到了地海交界分区域复合粗糙面的SAR像特点,对反演地海交界环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。     

基于多普勒分辨的连续波合成孔径雷达成像方法

提出一种新的连续波(continuous waveform, CW)体制合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像方法。有别于脉冲波形SAR和调频连续波SAR通过发射宽带信号获得高距离分辨率,CW-SAR成像利用CW波形的高多普勒分辨率进行成像,通过将回波信号与尺度变换后的发射信号进行相关构造成像数据模型,该相关信号实际为场景散射系数在等多普勒线上的投影,基于该相关信号,采用滤波反投影图像重建算法进行场景反射率重建。该CW-SAR成像方法不仅适用于宽带和窄带CW发射波形,而且也适用于单/双基SAR和任意载机飞行轨迹。以双基情形为例,分析成像方法的性能,并进行仿真验证。     

时变海面舰船目标动态雷达特征信号模型

提出了一种时变海面舰船目标动态雷达特征信号的仿真方法。建立了海面舰船目标雷达回波多径效应模型、二维动态粗糙海面的时变复反射系数模型和动态海面舰船运动的水动力模型,并同目标电磁散射计算的高频方法相结合,形成了时变海面舰船目标动态雷达特征信号仿真模型。利用海面浮球的测量数据对模型进行了验证,并对典型舰船目标的动态雷达特征信号进行了仿真和分析。     

建筑物的SAR回波信号模拟方法

我们根据电磁散射原理建立了仿真模型并提出了一种对于建筑物场景的SAR原始回波模拟方法。分析了构成建筑物的物理模型和对建筑物电磁模型起贡献的一次、二次、三次散射的作用。最后建立了本次仿真的模拟参数,对所提出的模拟方法进行了模拟试验取得了较为满意的成果。     

基于数值仿真的X波段极化SAR海杂波统计建模与特性分析

针对3~5级海况下X波段极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)海杂波的仿真和统计建模, 首先利用Apel海浪谱模型和Monte Carlo方法仿真不同风速下的大尺寸二维粗糙海面, 进而分别利用物理光学模型和弹跳射线法两种高频电磁散射模型考虑海面的单次散射和多次散射, 实现大尺寸海面的极化SAR海杂波仿真, 并利用X波段地球物理模式函数和岸基实测海杂波对仿真海杂波的精度和统计分布进行验证。基于仿真海杂波数据, 利用典型的乘积模型和Mellin类统计量开展海杂波统计建模和特性分析。仿真结果表明, 在2 m×2 m的高分辨率条件下, X波段同极化海杂波并不服从适用于中低分辨率海杂波的K分布, 且在不同风速风向下呈现出不同的纹理特征; X波段交叉极化海杂波表现出较弱的纹理特征, 服从Wishart分布; 随着入射角和雷达视数的增大, 海杂波的纹理特征逐渐减弱。     

双基地雷达系统中的高分辨距离像

采取宽带发射信号,双基地雷达系统获取的目标一维高分辨距离像与单基地雷达下的距离像存在很大差别。首先从回波信号的相位出发,建立了双基地雷达回波信号模型。分析了双基地雷达系统中距离像的特点,并给出了对运动目标双基地距离像的补偿因子。分析了对多散射中心目标的双基地距离像与单基地距离像之间的关系,最后对双基地距离像进行了仿真。所提出的结论为多基地雷达系统利用多站同时获取的双基地距离像构造目标散射点三维结构图奠定了基础。     

星载双基地SAR空间几何关系和信号模型

为了研究星载双基地SAR系统成像的相关问题,必须先建立其回波信号模型。根据星载双基地SAR雷达与目标的空间几何关系,确定了其多普勒参数表达形式,在此基础上建立了星载双基地SAR回波信号数学模型。通过仿真计算分析了信号模型中距离模型的误差,结果表明,误差对成像的影响完全在可接受的范围以内。将建立的信号模型应用于成像处理,成像结果正确,证明了回波信号模型的实用性。     

基于二体模型的空间目标双基地ISAR回波模拟

针对空间三轴稳定目标成像问题,提出了一种基于二体模型的双基地逆合成孔径雷达(bistatic inverse synthetic aperture radar,ISAR)回波模拟方法。该方法利用二体运动模型模拟空间目标的在轨运动,考虑了目标平稳运动及三轴姿稳转动引起的散射点相对雷达视角变化,并加入目标的高速运动特性,生成了双基地逆合成孔径雷达的基带回波数据,并给出了双站雷达对目标可视区域的判定方法。最后,进行了仿真实验,仿真结果表明,二体模型与实际目标的运动轨道误差很小,同时,成像结果能够很好的反映目标的姿态变化特性。该回波模拟方法有利于空间目标的精确成像,并对成像试验的实施具有重要的指导意义。     

双/多基地高频地波雷达飞行目标回波仿真

分析了双/多基地高频地波雷达回波信号的仿真过程。针对双/多基地高频地波雷达运动目标与基地相对距离和多变的特点,提出使用迭代方法来仿真双/多基地飞行目标,并给出了仿真过程和公式。仿真结果对比证明这种新方法能准确地仿真双/多基地目标回波,为后续的雷达信号处理方法的研究提供可靠的数据。     

粗糙海面电磁散射的小斜率近似方法

利用小斜率近似方法研究了粗糙海面的电磁散射特性,推导了极坐标下小斜率近似方法的双站散射系数计算公式.基于Elfouhaily海谱模型,计算了海面的散射系数,将得到的理论计算结果和实验数据及考虑和不考虑遮蔽效应的基尔霍夫近似结果进行了对比.讨论了不同极化状态下小斜率近似方法的后向散射系数随入射波频率和风速的变化关系.结果表明,在后向散射情况下,理论计算结果和实验数据吻合很好;在双站散射情况下,在大散射角时小斜率近似的结果更为准确;无论是何种极化,后向散射系数均随入射波频率和风速的增大而增大.     

基于复包络的目标回波信号高效仿真方法

目标回波信号是水声探测系统主要的信息来源。在水声对抗仿真系统中，目标回波信号的仿真逼真性和数据量又是制约仿真实时性的关键问题。因此，在仿真中有必要建立一种高效的目标回波仿真模型，既要真实仿真出实际系统中目标回波信号的特征，又要满足仿真实时性的要求。针对这一问题，提出了一种基于复包络的目标回波信号高效仿真方法，它以窄带信号的复包络为基础，综合了实际系统中多普勒频移和频率补偿的影响，更加符合实际目标回波的特征，且实时性好。该方法具有采样频率低，仿真数据量小的优点，能够满足仿真系统逼真性和实时性的要求，并已用于研制成功的水声对抗试验仿真系统，证明了该方法的正确性和有效性。