[发明专利]一种基于GEO-UAV BiSAR的海面晃动舰船复合散射建模方法

说明书

本发明公开了一种基于GEO‑UAV BiSAR的海面晃动舰船复合散射建模方法，包括如下步骤：建立舰船目标六自由度运动模型，舰船目标在三维空间的复合运动利用刚体的六自由度运动描述；舰船各自由度运动之间存在相互耦合作用，可将各个自由度运动方程联立求解；采用随机信号分析理论产生海面浪高和舰船扰动力矩；海面后向散射特性建模，结合海谱反演法和毛细波相位修正面元散射模型的二维粗糙海面复反射函数快速预估方法，用于粗糙海面电磁散射特性快速计算；海面舰船耦合散射建模技术。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种基于GEO-UAV BiSAR的海面晃动舰船复合散射建模方法。

背景技术

基于GEOSAR发射-无人机载SAR接收双基成像模式具有高分辨率、宽测绘带、成像模式灵活、动目标检测、生存能力强、成本低等突出优点，具有军民两用的广阔发展空间和应用前景，但兼具这些优点的同时，海面背景的复杂性和星-机双基探测模式的特殊性决定了舰船目标的成像会受多因素的影响，加之无人机平台及船目标自身的晃动引起非平稳特性，这些因素都会对高海情下实现运动目标的高分辨SAR成像带来不利影响。

基于GEO-UAV BiSAR的SAR成像传感器具有多模式成像、高分辨率、动目标检测等优点。但是，海面舰船是典型的非合作目标，尤其受到高海情风浪驱动及自身机动的影响，会存在复杂的摇摆运动，加之无人机平台自身可能的非平稳因素，这些都会给高分辨率SAR成像探测带来不利影响。因此，需要围绕GEO-UAV BiSAR对海面动目标高分辨率成像探测需求，结合理论建模手段，开展海面舰船特性建模技术研究，建立具有较高置信度的海面运动舰船复合散射模型，仿真对比分析不同工况条件下的海面舰船散射特性差异，从频段、观测距离、成像模式、分辨率选择优化等方面，为海面舰船目标SAR成像方案优化设计提供依据，并为成像与动目标检测算法等研究提供基础数据输入。

现有技术中，在星机成像模式下的海面舰船成像特性研究较少，实现高海情背景下运动舰船目标SAR成像方案优化设计的理论依据和切入点，也是研究高分辨SAR成像和动目标检测技术的理论依据。基于此，本专利将围绕该新体制雷达对海面动目标高分辨率成像探测的需求，开展海面舰船特性建模技术研究，提出一种具有较高置信度的海面运动舰船复合散射建模方法，仿真获取典型海面舰船复合散射数据，从频段、观测距离、分辨率选择优化等方面，为海面目标无人机载SAR成像设计提供依据，并为其SAR成像信号处理算法等研究提供基础数据输入。

发明内容

为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明提供了一种基于GEO-UAVBiSAR的海面晃动舰船复合散射建模方法，通用性好。

本发明提供了一种基于GEO-UAV BiSAR的海面晃动舰船复合散射建模方法，包括如下步骤：

步骤1，建立舰船目标六自由度运动示意图，舰船目标在三维空间的复合运动可利用刚体的六自由度运动模型来描述；

步骤2，舰船各自由度运动之间存在相互耦合作用，可将各个自由度运动方程联立求解。由于船型左右对称，且纵荡运动可与动力驱动的舰船平移前进一并考虑，其余5自由度运动方程可分解为2组耦合方程；

步骤3，水动力系数通常可以采用切片理论结合实船测量的方法得到。海浪可认为是一个平稳随机过程，那么由风浪驱动引起的舰船运动也是一个平稳随机过程，因此可以采用随机信号分析理论产生海面浪高和舰船的扰动力和扰动力矩；

步骤4，海面后向散射特性建模。针对海面目标复合场景尺寸大，海面仿真计算规模庞大的问题，本专利采用结合海谱反演法和毛细波相位修正面元散射模型(CWMFSM)的二维粗糙海面复反射函数快速预估方法，用于粗糙海面电磁散射特性快速计算；

步骤5，海面舰船耦合散射特性建模技术。微波频段下，海洋环境与舰船目标具有超电大尺寸结构，且海表面具有很强的随机性，舰船目标也具有复杂的精细结构，海面舰船目标的电磁散射模型要求具有可观的计算效率和仿真精度。