[发明专利]一种基于场景网格数据库的大场景SAR回波快速生成方法

说明书

本发明涉及一种基于场景网格数据库的大场景SAR回波快速生成方法，涉及电学领域，包括以下步骤：导入场景的三角面元，根据传感器的远场条件划分网格的尺寸，以形成场景网格；根据传感器入射电磁场的关系对场景网格进行射线追踪，得到代表电磁波传播的射线管，对场景网格内的所有射线管积分求和进行求解，得到给定频率、角度的场景网络的散射系数；对于SAR回波仿真中需要用到的频率、角度计算散射系数，形成场景网络散射系数库；组合每个场景网格的散射系数形成大场景电磁响应频域系统函数，通过时域卷积或频域乘积得到场景的总回波，本发明具有解决传统直接仿真SAR回波方法的计算量大、实时性差问题的优点。

技术领域

本发明涉及电学技术领域，尤其涉及一种基于场景网格数据库的大场景SAR回波快速生成方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)回波仿真技术是基于电磁波与目标和环境的作用机理以及SAR成像机理，利用数学建模的方法模拟目标与环境SAR回波的技术，常用于检验SAR系统性能、检验各种成像算法并分析基于不同模型的算法的有效性。此外，由于SAR回波的非线性，准确提取地面特征信息非常困难，因此可以借助SAR回波仿真技术建立模型来帮助解释这种复杂的回波机制。

按照是否考虑电磁散射过程，SAR原始数据仿真方法可以分为图像级仿真和回波信号级仿真两类。图像级仿真方法仅模拟SAR图像的特征，不考虑场景中目标与环境的电磁散射过程，利用现有的或假设的散射系数图(如光学或SAR图像)来模拟SAR原始数据；回波信号级仿真方法则关注电磁散射过程，考虑电磁波与目标和环境的相互作用，通过对复杂地物场景和SAR平台运动的建模，结合电磁计算方法模拟SAR原始数据。

由于实际的SAR系统和工作场景非常复杂，SAR图像级仿真只是基于点散射源的简单电磁散射模型，相对而言，SAR回波信号级仿真则能更加真实地模拟SAR的电磁散射过程。在进行SAR回波信号级仿真时，首先通过建立SAR仿真场景模型，准确描述雷达与目标/环境的空间几何关系，分析SAR图像中表现的近距压缩、透视收缩、叠掩和阴影等几何畸变特性；其次通过建立目标的电磁散射模型、环境的电磁散射模型以及目标－环境间的耦合电磁散射模型准确描述电磁波与SAR场景的电磁作用机理；基于上述仿真场景模型和电磁散射模型计算大规模场景的扫频数据；最后通过时频变换和成像处理得到SAR时域回波数据和SAR图像。然而，很多计算目标与自然环境的耦合电磁散射大部分是基于数值方法，计算量和存储量巨大，远远满足不了SAR回波仿真工程应用的需要。

因此，针对以上不足，需要提供一种基于场景网格数据库的大场景SAR回波快速生成方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决传统直接仿真SAR回波的方法计算量大、实时性差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于场景网格数据库的大场景SAR回波快速生成方法，包括以下步骤，

Ⅰ.导入场景的三角面元，根据传感器的远场条件划分网格的尺寸，以形成场景网格；

Ⅱ.根据传感器入射电磁场的关系对场景网格进行射线追踪，得到代表电磁波传播的射线管，对场景网格内的所有射线管积分求和进行求解，得到给定频率、角度的场景网络的散射系数；对于SAR回波仿真中需要用到的频率、角度计算散射系数，形成场景网络散射系数库；

Ⅲ.组合每个场景网格的散射系数形成大场景电磁响应频域系统函数，通过时域卷积或频域乘积得到场景的总回波。

作为对本发明的进一步说明，优选地，场景网格尺寸满足：

其中L为场景网格尺寸；

R为传感器到网格中心的距离；

λ为发射信号的中心频率对应的波长。