大规模场景SAR回波快速仿真技术研究

来源 :中国航天第二研究院 航天科工集团第二研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chongfengli
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针对大规模场景合成孔径雷达(SAR)回波仿真面临的数据量大、计算时间长、内存消耗大等问题,本文开展大规模场景SAR回波快速仿真建模技术研究,重点解决大规模SAR仿真场景的模拟、电磁散射建模和回波的快速生成等问题。  在大规模SAR仿真场景模拟方面,针对大规模场景SAR仿真的特点,提出了利用非均匀网格对场景进行几何建模的技术路线和方案,研究了复杂目标、自然环境的非均匀网格模型生成方法,目标与环境的几何和材料属性装配方法以及从SAR场景模型到SAR物理模型的转换方法,显著减少了SAR仿真场景模型面元的数量,为提高大规模场景SAR回波仿真的效率奠定了基础。  在大规模SAR场景电磁散射建模方面,针对基于非均匀网格模型的高频电磁散射计算问题,提出了一种基于非均匀网格模型的自适应射线管分裂方法用于计算目标的一次和多次反射贡献,显著减少了射线追踪数量,在保持相同计算精度的同时,大大提高了计算效率,尤其对平板结构较多且电尺寸很大的目标,计算效率能比RDN方法或SE-KAY方法提高了1~2个数量级;通过离散非均匀网格模型边缘,利用射线追踪技术,解决了非均匀网格模型目标的边缘绕射快速计算问题;系统研究了基于环境杂波统计模型的电磁建模方法,采用Kulemin模型、Ulaby模型和海面经验模型计算自然环境散射贡献;基于“四路径”模型,采用射线追踪方法,并利用修正的Fresnel反射系数和粗糙面散射方向系数对射线场进行修正近似考虑反射点局部粗糙面的影响,计算目标与环境的耦合散射贡献,为大规模场景SAR回波仿真提供了一种快速计算耦合散射的方法,其有效性得到典型算例的验证。  在大规模SAR场景回波的快速生成方面,为解决SAR回波仿真效率问题,充分利用现有的软硬件资源,给出了两种SAR工作模式下的加速方案。针对条带SAR回波仿真的特点,基于OpenMP实现了条带SAR的并行加速方法,能将条带SAR回波仿真的平均效率提高约5.6倍;针对聚束SAR回波仿真的特点,基于其小角度下波束照亮区域不变的特性,在OpenMP并行框架下,利用单双站等效原理实现了聚束SAR回波快速生成,能将聚束SAR回波仿真的效率提高4~5倍。  最后给出了由标准体、草地上的坦克以及人场景SAR回波仿真数据经成像处理得到的SAR图像,经分析获得一些有益的结论,并指出了SAR回波仿真过程中存在的一些问题和今后需要进一步深入研究的工作。
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