雷达目标散射中心正向自动化建模方法研究与实现

为进一步优化散射中心参数化模型建模方法, 本文从目标的几何模型出发, 对复杂目标结构按几何面进行分区编号后, 进行散射中心模型的正向自动化建模。自动化方法主要实现了模型长度、位置等参数的自动推算。该方法实现了对目标散射来源、散射机理和散射中心模型参数的全自动判定, 提高了建模效率。首先对几何模型部件分解, 然后采用射线追踪与分集技术, 将目标散射场依照精度要求简化为部分射线贡献叠加, 并研究了散射中心模型参数的自动推算。最后本文计算了一系列散射中心参数化模型, 并与可靠数据对比, 验证了本文自动化建模方法的有效性。     

基于电流相位特性的滑动散射中心建模方法

复杂流线型目标通常包含多个滑动型散射中心(sliding scattering center, SSC)。由于SSC位置随观测方位变化而改变, 采用现有的散射中心建模方法所获得的SSC属性参数精度受到雷达图像分辨率、多散射中心图像混叠和参数估计精度的限制。本文提出一种基于表面电流相位特性的散射中心建模方法。该方法基于全波法计算的稀疏采样角度下的表面等效电流数据, 通过驻相点自适应提取、电流分区, 实现目标散射中心的参数化建模。驻相点自适应提取可以精确确定散射中心位置, 电流分区计算可以避免多散射中心成分混叠造成的参数提取困难, 从而保证了散射中心的建模精度。本文以某导弹和飞机模型为例, 采用全波法和传统方法建模计算结果对使用该方法建模的效率和精度进行了验证。     

复杂目标散射中心建模的修正

实际雷达目标的散射中心属性非常复杂,如不规则的几何结构、遮挡,均会增加散射中心精确建模的难度。现有的散射中心模型并未考虑这些实际问题,为了提高建模精度,需对现有模型进行合理修正。对散射中心模型中的频率依赖项、不规则平面的反射、局部遮挡造成的散射强度变化问题,给出了具体的修正方法。通过数值验证,证实了修正模型模拟复杂目标雷达散射截面起伏特性、雷达距离方位图像以及时频像特征的精确性。     

基于宽带极化纯度估计的极化测量定标修正

对扩展目标极化散射特性进行测量时,通常期望精确获得宽带高分辨条件下目标各散射中心的极化特征信息,但由于各极化分量散射的信号对测试系统的正交极化通道存在能量泄漏,会严重影响较弱的极化散射分量的测量准确性。基于极化散射测量定标原理与宽带高分辨极化测量表征模型,分析了干扰量的产生原因以及对散射中心测试结果的影响机理,提出了一种基于宽带正交极化纯度估计进而修正复杂目标极化测量结果的方法,并通过对金属球、金属二面角组合和类弹头金属模型3类典型目标的实测,验证了其有效性。     

引信目标回波模拟器的建模与实现

针对脉冲多普勒调制引信的目标回波进行了建模与仿真,并在此基础上研制成功了引信目标回波模拟器。该引信目标回波模型基于多散射中心来模拟的方法,并将环境因素的影响引入模型。引信目标回波模拟器的每个通道的控制均基于FPGA器件,结合并口通信和SRAM存储器并通过DDS的回波合成实现引信目标单散射点回波的模拟,并采用多路并行的方式来实现模拟目标的多散射中心。实际的测试结果验证了目标模型的建模及回波模拟器实现的可行性与正确性。     

任意理想导电目标的NURBS曲面建模与RCS预估

少量的NURBS参数曲面足够描述任意目标的几何形状,通过Cox-De Boor变换算法可将任意NURBS曲面拆分为Bezier曲面。针对NURBS曲面目标模型,提出了非常适合于工程应用的目标电磁散射建模方法。该方法使用CAD软件(如UG等)进行复杂目标几何建模,通过其IGES接口传递模型数据;应用驻相法计算Bezier曲面上的物理光学(PO)散射场积分,快速、准确地获得任意复杂目标的RCS;讨论了NURBS曲面目标几何建模及其RCS计算中的关键技术。最后通过算例验证了理论算法和计算程序的有效性。     

基于伪群交叉算法的细金属柱体目标识别

从线性分布细金属柱体的散射模型出发,利用多极子展开技术求解电磁散射问题,以测量的散射场和计算散射场间的偏差作为目标函数,将待优化变量设置为描述细金属柱体中心位置的向径和幅角,通过伪群交叉算法(pseudo swarm crossover,PSC)对待优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对自由空间中线性分布的细金属柱体族进行电磁成像。研究结果证实了PSC比多相粒子群算法(multi-phase particle swarm optimiza-tion,MPPSO)有更好的收敛性能、成像精度和更强的抗随机噪声干扰能力。     

复杂飞行器目标强散射区求解及RCS减缩

对目标表面强散射区涂敷雷达吸波材料（radar absorbing material, RAM）是雷达散射截面（radar cross section, RCS）减缩的有效方法。基于射线追踪法（shooting and bouncing rays, SBR）提出一种确定复杂目标强散射区的方法：根据射线管出射方向与雷达接收方向的夹角判断强散射区。分析了复杂目标强散射区涂敷RAM的RCS减缩特性,并研究了判断夹角取不同值时强散射区大小和涂覆RAM后的减缩效果。计算结果显示,对强散射区涂覆RAM可以在重量增加不大的情况下有效降低目标RCS值。     

基于状态空间模型的雷达目标一维散射中心参数估计

复杂雷达目标回波可看成是多散射中心回波的合成。首先建立了雷达目标回波的状态空间模型,然后利用超分辨方法估计一维散射中心的参数。在此基础上提出了一种基于状态空间的散射点数估计方法,该方法能够嵌入状态空间分析方法中,在进行超分辨分析的同时获取目标散射点数的精确估计,最后利用经典雷达回波模型对该方法进行了仿真实验验证。仿真结果表明,该方法能有效地提取一维散射中心参数并估计出散射点数,且具有良好的抗噪性。     

基于改进MUSIC算法的散射中心参数提取及RCS重构

随着隐身技术的发展,雷达目标的边缘绕射等逐渐取代镜面散射成为主要的散射源,因此基于几何绕射理论（geometric theory of diffraction,GTD）的散射中心模型对隐身目标电磁散射特性的描述要比衰减指数和模型更为精确。显然,准确估计出GTD散射中心参数对刻画目标散射特性犹为重要。针对经典多重信号分类（multiple signal classification,MUSIC）法仅利用目标原始回波数据、参数估计精度不高这一问题,提出一种改进的MUSIC算法对散射参数估计提取。改进的MUSIC算法通过对原始回波数据取共轭,构建新的总协方差矩阵,有效利用了目标原始回波数据的共轭信息。仿真结果表明,与经典MUSIC算法相比,改进的MUSIC算法参数估计精度更高,雷达散射截面重构拟合程度更好,且运算量增加不大,可有效提取出隐身目标的散射中心。     

基于奇异值分解的复杂转动目标成像

目标在三维空间复杂转动时,传统的逆合成孔径成像算法得不到聚焦的二维像。通过对复杂转动目标等效散射中心相位变化的分析,提出了一种基于奇异值分解的成像算法。该算法首先估计多个散射中心的相位历程,获得相位矩阵|然后对相位矩阵进行奇异值分解,并根据奇异值之间的关系对目标是在三维空间转动还是在二维平面内转动进行判断。根据判断结果分别进行处理：当目标在平面内转动时得到目标的二维像|当目标在三维空间转动时得到失真的三维散射中心模型。仿真及实测数据处理结果验证了所提算法的有效性。     

复杂场景散射中心模型化与雷达成像应用

在复杂场景中, 目标与环境之间的耦合散射会造成雷达图像特征的干扰, 这一问题给雷达目标自动识别与跟踪技术带来了困难, 成为雷达、电磁领域持续关注的热点研究问题。目前, 使用传统的电磁数值计算方法对复杂场景散射问题进行仿真, 所需计算资源巨大, 耗时很长, 而且多限于针对单一类型复合目标, 难以满足实际工程应用需求。针对此问题,提出了复杂场景散射中心模型化的方法, 集成散射中心模型、物理光学法、积分方程法、四路径模型、射线追踪等方法为一体, 实现了复杂场景、群目标雷达成像快速仿真。本文给出了三种有代表性的复杂场景的逆合成孔径雷达成像仿真结果, 验证了本文方法的可行性及泛用性。     

复杂雷达动目标建模及动态RCS分析

针对复杂雷达动目标的建模仿真及动目标雷达散射截面分析的问题,提出了一种外形建模和电磁散射计算的方法。该方法利用openGL对某型飞机进行了较为精确的外形仿真建模,运用图形电磁算法计算了静态雷达散射截面,并利用一种抖动模型计算了动目标雷达散射截面。通过将仿真结果与静态值进行比较,证明了在叠加抖振前后雷达散射截面有较大的变化。得出了结论。     

复杂目标电磁散射计算的可视化研究

科学计算可视化日益与各学科相结合,产生新的研究方法。在复杂目标电磁散射研究中,目标的几何建模和雷达散射截面(RCS)计算结果的分析在目标电磁散射分析中越来越重要,利用多种样条曲面进行复杂目标精细几何建模,采用GRECO(图形电磁学)法计算目标的RCS值,从而提高电磁散射计算的精度,并对RCS计算结果进行可视化处理,使计算结果直观且易于分析。     

海面目标雷达回波中多径延迟的概率模型

为了研究海面多径效应在雷达目标图像中的影响,将海面建模为满足基尔霍夫近似条件的粗糙面,从而建立电磁波在目标散射中心与起伏海面之间传播的几何路径。然后,通过引入海面的波高-斜率联合概率密度函数,导出雷达回波中多径延迟的概率模型。通过与电磁仿真结果的对比验证了模型的有效性,并且分析了多径延迟与散射中心高度、雷达俯仰角以及海面特征参数的密切联系。最后,给出了其在海面目标识别研究领域应用的例子。     

基于预分类的全极化HRRP模型匹配目标识别方法

全极化三维散射中心模型可准确描述目标的空间几何以及极化特征,已成为目标识别的有效手段之一。针对传统高分辨距离像的匹配算法计算量大、耗时长的不足,提出一种基于预分类的模型匹配目标识别方法,通过目标散射机理分析,对目标进行预分类,减小匹配模型数,然后利用全极化高分辨距离像的散射中心位置与极化信息构造模型匹配函数,实现了目标类别的判定。基于电磁仿真计算数据的识别实验表明,该方法具有良好的目标识别能力,相比于传统方法具有更高的识别正确率以及更低的存储量和计算量。     

基于散射中心关联的三维成像方法

基于目标三维散射中心在雷达视线上的几何投影关系,提出了一种雷达目标散射中心关联和三维成像的新方法,采用随机抽样一致性方法实现了对关联样本有效性的检验以及对各散射中心最优关联方案的选取。仿真实验表明,该算法简单易行,适用于目标散射中心和姿态数目较多的情况,并可以对存在缺失点、虚假点等复杂情况的散射中心进行关联和三维成像,具有较高的鲁棒性。     

高炉浓尘环境料面散射特性建模与成像

工业恶劣成像环境下的雷达图像常存在对比度低和清晰度差等问题，质量退化的图像直接影响计算机视觉任务的处理效果以及目标参数反演结果。因此，对高炉料面后向散射进行建模，并针对弥散浓尘环境下的随机粗糙料面成像，提出一种基于衰减补偿和散射修正的成像方法。考虑微波沿空间路径的传播损耗，在回波模型中加入环境因子，采用瑞利散射和积分方程法分别求解衰减系数和粗糙面的后向散射系数，从传输损耗和散射机理出发，对图像进行损耗补偿以及目标像素亮度的提升，减小图像因成像环境、目标距离以及表面起伏形状不同造成的信号强度差异。通过南钢3号高炉雷达数据验证算法，目标像素亮度差异平均减小4.33 dB,有效改善雷达成像中高炉径向距离起伏料面的成像性能。     

雷达目标散射中心模型反演及其在识别中的应用

提出了一种基于散射中心模型的距离像识别方法。首先采用稀疏空间网格上的宽带测量数据离线反演目标散射中心模型,再将从距离像中实时提取的一维散射中心特征与该散射中心模型的一维投影进行匹配完成在线识别。在散射中心模型反演中,提出了稳定散射中心的概念并基于此完成稀疏空间网格下的一维散射中心投影关联。在识别过程中,通过设计合适的匹配函数解决散射中心参数估计误差和模型误差造成的散射中心数目、幅度和位置不完全匹配问题。仿真实验表明,对于精度较高的模型,基于模型的识别方法与基于距离像模板的方法识别率相当,而在存储量和灵活性方面优势突出。     

基于合成孔径方法的潜艇二维高频声散射特性分析

水下复杂形状目标的散射特性预测一般采用真实孔径成像,但其存在图像分辨率难以提高,无法获取复杂目标的精细结构特征的弱点.而相比之下,合成孔径声纳成像方位分辨率很高,成像质量有较大改善,因此我们依据潜艇散射的物理声学Kirchhoff积分原理和CAD技术,通过对潜艇建模仿真得到其散射回波数据,进而采用合成孔径技术实现对潜艇二维声散射特性的分析,得到了高分辨率的二维声图像.在一些水下装备的研制论证阶段,采用该方法可以有效地预测其散射特性,为设计低目标强度的装备提供依据.