[发明专利]一种复杂场景的电磁建模仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂场景的电磁建模回波仿真方法，属于微波遥感和信号处理的交叉领域。

背景技术

文献“地面车辆目标高质量SAR图像快速仿真方法，雷达学报，2015，4(3)：350-360”提出了一种基于射线追踪技术的SAR信号级高效方法，该方法通过构建地面车辆目标SAR仿真场景物理模型，利用射线追踪方法，结合地杂波统计模型，实现对地面粗糙特性的通过SAR成像处理和图像相似度评估形成SAR图像。该方法仅仅对地面上的目标做了建模成像，成像结果仅仅可以看出目标的形态特征，对于地面草地成像结果效果不好，不能清晰地看出草地的形态特征。本发明利用分形插值对山地高程数据作插值处理，以获得小于雷达分辨率的山地数据，然后以嵌入的方式在山地上嵌入目标，来获得目标和山地结合的几何模型，然后在对目标和山地电磁建模时，对山地和目标采用不同的后向散射系数计算方法，结合成像算法，实现复杂场景的电磁建模仿真。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决地面车辆目标成像地面特征信息不清晰，目标特征不明显，目标和地形场景区分建模的问题，本发明采取目标场景为山地地形的电磁建模方法，使得场景山地的形态特征清晰地呈现，并且目标的特征也更为清晰。

技术方案

一种复杂场景的电磁建模仿真方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：使用Matlab的surf函数将选取的数字高程数据DEM构建成地表的几何模型，然后对地表几何模型进行多次分形插值处理；所述的分形插值处理每次包括两个步骤，分别为：

第一步的插值方法为：

第二步的插值公式为：

上面两式中，V_i，其中i＝1、2、3、4、5表示目标点的高程，H为地形粗糙程度，σ为起伏程度，L为初始格网间距，n为迭代次数，G为服从标准正态分布的随机数；

使用Matlab的surf函数将坦克模型的矩阵高程数据构建成坦克的几何模型，然后采用矩阵数据高程叠加的方式，在分形插值后的地表模型中嵌入坦克模型，生成的矩阵数据即为地表和坦克的几何模型，矩阵数据由若干个网格构成，每个网格代表一个目标点；

步骤2：利用距离-多普勒信息对目标点进行定位：

式3为距离方程，R为SAR到目标点的斜距，为载机的位置矢量，是目标点的位置矢量，c为光速，τ为所接收到的目标回波相对于发射脉冲的时间延迟；式4为多普勒频率方程，f_D为观察到的目标回波多普勒频率，为SAR与目标间的相对速度矢量，为SAR到目标点的斜距矢量，矢量方向为SAR指向目标点，λ为SAR所发射的电磁波的波长；式5为地球椭球模型方程，R_e＝6378137m是平均赤道半径；R_p＝(1-f)(R_e+h)是地球极半径，其中f＝1/298.257为参考椭球体的平坦度因子，h为目标点高程，x、y、z为目标点的坐标信息；

依次选取相邻的3个目标点T₁、T₂、T₃，由T₁、T₂、T₃的坐标信息求解由T₁、T₂、T₃组成的小面元的面法向矢量计算SAR到目标点的斜距矢量和小面元矢量形成的夹角即为局部入射角θ_L；

获得局部入射角θ_L后采用Ulaby模型计算后向散射系数：

σ⁰(dB)＝p₁+p₂exp(-p₃θ_L)+P₄cos(p₅θ_L+P₆) (6)

P₁～P₆是根据雷达测量结果整理的经验常数；

步骤3：根据后向散射系数计算第i,j个小面单元的后向散射信号：

式中G为收发天线增益，θ_i,j为第i,j个小面单元的局部入射角θ_L，r_i,j为第i,j个小面单元与载机之间的瞬时距离，为SAR信号，t为SAR发射脉冲串的时间，(1为未遮挡，0为被遮挡)为遮蔽函数；