一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法及系統(tǒng)，所述方法包括建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型；疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景；根據(jù)所述一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。所述系統(tǒng)包括：幾何建模單元，用于建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型；一體化建模單元，用于疊加所述幾何建模單元中的海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景；電磁計算單元，用于根據(jù)所述一體化建模單元提供的一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。本發(fā)明適用于目標(biāo)識別與仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及目標(biāo)識別與仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法 及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在星載和機載雷達(dá)對海面目標(biāo)探測和電磁成像中，運動艦船的尾跡表現(xiàn)出強散射 特性，不同艦船在不同運動狀態(tài)時所具有艦船尾跡的電磁散射特征不同，該電磁散射特征 是復(fù)雜海環(huán)境中目標(biāo)精確預(yù)估、識別和信號分離技術(shù)的關(guān)鍵所在，其應(yīng)用涉及軍用遙感、雷 達(dá)成像、制導(dǎo)和預(yù)警技術(shù)等眾多領(lǐng)域。
[0003] 近十幾年來，歐洲遙感衛(wèi)星（European Remote Sensing Satellite，ERS)-1 和 ERS-2獲得了許多包含艦船尾跡的合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)圖像。 多數(shù)國家都有關(guān)于仿真尾跡SAR回波和SAR圖像研宄，目的是通過不同的觀測參數(shù)對艦船 尾跡SAR圖像進(jìn)行仿真，來確定對不同類型艦船尾跡的最佳SAR觀測條件。如Tunaley等 對艦船湍流尾跡和開爾文（Kelvin)尾跡的SAR圖像進(jìn)行了仿真，但是沒給出具體的模型和 方法；Oumansour分別仿真了 L和X波段雷達(dá)參數(shù)下的Kelvin尾跡SAR圖像，對比分析了 不同雷達(dá)頻段對Kelvin尾跡的觀測效果。用電磁模擬仿真的方法來研宄SAR對艦船尾跡 的成像，是得到對艦船尾跡最佳觀測參數(shù)的一種重要手段。然而，對艦船尾跡雷達(dá)實測數(shù)據(jù) 稀缺且理論模型過于簡化，嚴(yán)重制約艦船尾跡檢測和識別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法及系統(tǒng)，以解決 現(xiàn)有技術(shù)所存在的艦船尾跡雷達(dá)實測數(shù)據(jù)稀缺且理論模型過于簡化的問題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，包 括：
[0006] 建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型；
[0007] 疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船尾跡的一體化 復(fù)合場景；
[0008] 根據(jù)所述一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。
[0009] 可選地，所述建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型包括：
[0010] 根據(jù)海譜模型的線性過濾法來實現(xiàn)海面幾何模型；
[0011] 根據(jù)艦船尺寸和運動參數(shù)來建立具體的艦船尾跡幾何模型。
[0012] 可選地，所述疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船 尾跡的一體化復(fù)合場景包括：
[0013] 疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型；
[0014] 利用三角面元建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景。
[0015] 可選地，所述根據(jù)所述一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷 達(dá)回波包括：
[0016] 將所述的一體化復(fù)合場景大尺度輪廓劃分為一個個小平面，同時將各個小平面按 照海面的確定模擬樣本的斜率特征來傾斜；
[0017] 利用斜率疊加雙尺度面元模型和基于海譜分布的單元場散射模型分別對所述小 平面的面元和面元內(nèi)的毛細(xì)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁散射計算，確定各面元的散射場；
[0018] 將各面元貢獻(xiàn)的散射場進(jìn)行相關(guān)疊加形成總的散射貢獻(xiàn)，最終形成艦船尾跡雷達(dá) 回波。
[0019] 可選地，所述艦船尾跡幾何模型包括：開爾文尾跡、湍流尾跡、內(nèi)波尾跡和潛艇尾 跡。
[0020] 本發(fā)明實施例所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，通過建立海面幾何模型和艦船 尾跡幾何模型，并疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，從而建立海面與艦船 尾跡的一體化復(fù)合場景，并根據(jù)所述一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾 跡雷達(dá)回波。如此，通過建立海面和艦船尾跡的一體化復(fù)合場景能夠為艦船尾跡的檢測和 識別提供模型參考，對所述一體化復(fù)合場景進(jìn)行電磁散射計算形成的艦船尾跡雷達(dá)回波， 能夠為艦船尾跡的檢測和識別提供完整的數(shù)據(jù)信息，同時該方法還能突破天氣、目標(biāo)和傳 感器等方面的局限。
[0021] 另一方面，本發(fā)明實施例提供一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，包括：
[0022] 幾何建模單元：用于建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型；
[0023] 一體化建模單元：用于疊加所述幾何建模單元中的海面幾何模型和艦船尾跡幾何 模型，建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景；
[0024] 電磁計算單元：用于根據(jù)所述一體化建模單元提供的一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電 磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。
[0025] 可選地，所述幾何建模單元包括：
[0026] 海面建模模塊：用于根據(jù)海譜模型的線性過濾法來建立海面幾何模型；
[0027] 艦船建模模塊：用于根據(jù)艦船尺寸和運動參數(shù)來建立具體的艦船尾跡幾何模型。
[0028] 可選地，所述一體化建模單元包括：
[0029] 第一疊加模塊：用于疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型；
[0030] 一體化建模模塊：用于利用三角面元建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景。
[0031] 可選地，所述電磁計算單元包括：
[0032] 劃分模塊：用于將所述的一體化復(fù)合場景大尺度輪廓劃分為一個個小平面，同時 將各個小平面按照海面的確定模擬樣本的斜率特征來傾斜；
[0033] 電磁計算模塊：用于利用斜率疊加雙尺度面元模型和基于海譜分布的單元場散射 模型分別對所述小平面的面元和面元內(nèi)的毛細(xì)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁散射計算，確定各面元的散 射場；
[0034] 第二疊加模塊：用于將各面元貢獻(xiàn)的散射場進(jìn)行相關(guān)疊加形成總的散射貢獻(xiàn)，最 終形成艦船尾跡雷達(dá)回波。
[0035] 可選地，所述艦船尾跡幾何模型包括：開爾文尾跡、湍流尾跡、內(nèi)波尾跡和潛艇尾 跡。
[0036] 本發(fā)明實施例所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，通過幾何建模單元建立海面幾 何模型和艦船尾跡幾何模型，并通過一體化建模單元疊加所述幾何建模單元中的海面幾何 模型和艦船尾跡幾何模型，從而建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景，并通過電磁計算 單元根據(jù)所述一體化建模單元提供的一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾 跡雷達(dá)回波。如此，通過建立海面和艦船尾跡的一體化復(fù)合場景能夠為艦船尾跡的檢測和 識別提供模型參考，對所述一體化復(fù)合場景進(jìn)行電磁散射計算形成的艦船尾跡雷達(dá)回波， 能夠為艦船尾跡的檢測和識別提供完整的數(shù)據(jù)信息，同時該系統(tǒng)還能突破天氣、目標(biāo)和傳 感器等方面的局限。
[0037] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
[0038] 上述方案中，如此，通過建立海面和艦船尾跡的一體化復(fù)合場景能夠為艦船尾跡 的檢測和識別提供模型參考，對所述一體化復(fù)合場景進(jìn)行電磁散射計算形成的艦船尾跡雷 達(dá)回波，能夠為艦船尾跡的檢測和識別提供完整的數(shù)據(jù)信息，同時該方法或者系統(tǒng)還能突 破天氣、目標(biāo)和傳感器等方面的局限。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明實施例一提供的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法流程圖；
[0040] 圖2為全局直角坐標(biāo)系與本地坐標(biāo)系示意圖；
[0041] 圖3為本發(fā)明實施例提供的海面和艦船尾跡的一體化復(fù)合場景示意圖；
[0042] 圖4為本發(fā)明實施例提供的HH極化下的面元后向散射系數(shù)分布圖；
[0043] 圖5為本發(fā)明實施例提供的HH極化下的場景后向散射系數(shù)分布圖；
[0044]圖6為本發(fā)明實施例提供的VV極化下的場景后向散射系數(shù)分布圖；
[0045] 圖7為本發(fā)明實施例提供的VV極化下的SAR圖像；
[0046] 圖8為本發(fā)明實施例提供的HH極化下的SAR圖像；
[0047] 圖9為本發(fā)明實施例二提供的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖10為圖9中幾何建模單元單元101的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖11為圖9中一體化建模單元102的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖12為圖9中電磁計算單元103的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0051] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0052] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的存在的艦船尾跡雷達(dá)實測數(shù)據(jù)稀缺且理論模型過于簡化的問 題，提供一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法及系統(tǒng)。
[0053] 實施例一
[0054] 參看圖1所示，本發(fā)明實施例提供的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法的具體實施方 式，該方法包括以下步驟：
[0055] SlOl :建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型。
[0056] S102 :疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船尾跡的 一體化復(fù)合場景。
[0057] S103 :根據(jù)所述一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。
[0058] 以下對圖1中各步驟的具體實施方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0059] SlOl中，所述建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型的步驟包括：
[0060] 根據(jù)海譜模型的線性過濾法來實現(xiàn)海面幾何模型，同時根據(jù)艦船尺寸和運動參數(shù) 來建立具體的艦船尾跡幾何模型，其中，所述艦船尾跡幾何模型包括：開爾文尾跡、湍流尾 跡、內(nèi)波尾跡和潛艇尾跡。
[0061] S102中，疊加 SlOl中所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦 船尾跡的一體化復(fù)合場景的步驟包括：
[0062] 疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，并利用三角面元建立海面與艦 船尾跡的一體化復(fù)合場景。
[0063] 如圖3所示為海面和艦船尾跡的一體化復(fù)合場景示意圖，該基于三角面元的一體 化復(fù)合場景能夠逼真模擬含有艦船尾跡的海面，通過設(shè)置海面幾何模型和艦船尾跡幾何模 型的參數(shù)可以模擬不同海況和不同目標(biāo)的艦船尾跡。
[0064] 如圖4所示，展示的是與圖3所示的一體化復(fù)合場景對應(yīng)的HH極化下的面元后向 散射系數(shù)分布圖，可見二者具有很高的相關(guān)性。由此可見，上述實施例通過建立海面和艦船 尾跡的一體化復(fù)合場景能為艦船尾跡的檢測和識別提供模型參考。
[0065] 其中，所述建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景中艦船尾跡以Kelvin尾跡 為例，Kelvin尾跡是由船體對水面的擾動直接產(chǎn)生的一種表面波尾跡，通常由擴散波 (Divergent Waves)和橫斷波（Transverse Waves)組成。Kelvin尾跡波屬于長重力波，尾 跡表面起伏最大的區(qū)域位于尾跡角為16°至19. 5°之間，在這個區(qū)域，擴散波和橫斷波發(fā) 生相互干涉形成尖頭波（Cusp Waves)。
[0066] 假定艦船以速度Us沿著X方向航行，產(chǎn)生的自由表面波沿著與X軸夾角為Θ的 不同角度傳播，相應(yīng)的Kelvin尾跡波高可以用這些平面波的疊加表示為式（1):

【權(quán)利要求】
1. 一種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，包括： 建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型； 疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合 場景； 根據(jù)所述一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，所述建立海面幾 何模型和艦船尾跡幾何模型包括： 根據(jù)海譜模型的線性過濾法來實現(xiàn)海面幾何模型； 根據(jù)艦船尺寸和運動參數(shù)來建立具體的艦船尾跡幾何模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，所述疊加所述海 面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型，建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景包括： 疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型； 利用三角面元建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)所述一 體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波包括： 將所述的一體化復(fù)合場景大尺度輪廓劃分為一個個小平面，同時將各個小平面按照海 面的確定模擬樣本的斜率特征來傾斜； 利用斜率疊加雙尺度面元模型和基于海譜分布的單元場散射模型分別對所述小平面 的面元和面元內(nèi)的毛細(xì)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁散射計算，確定各面元的散射場； 將各面元貢獻(xiàn)的散射場進(jìn)行相關(guān)疊加形成總的散射貢獻(xiàn)，最終形成艦船尾跡雷達(dá)回 波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，所述艦船尾跡幾 何模型包括：開爾文尾跡、湍流尾跡、內(nèi)波尾跡和潛艇尾跡。
6. -種艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括： 幾何建模單元：用于建立海面幾何模型和艦船尾跡幾何模型； 一體化建模單元：用于疊加所述幾何建模單元中的海面幾何模型和艦船尾跡幾何模 型，建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景； 電磁計算單元：用于根據(jù)所述一體化建模單元提供的一體化復(fù)合場景對其進(jìn)行電磁散 射計算，形成艦船尾跡雷達(dá)回波。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述幾何建模單 元包括： 海面建模模塊：用于根據(jù)海譜模型的線性過濾法來建立海面幾何模型； 艦船建模模塊：用于根據(jù)艦船尺寸和運動參數(shù)來建立具體的艦船尾跡幾何模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述一體化建模 單元包括： 第一疊加模塊：用于疊加所述海面幾何模型和所述艦船尾跡幾何模型； 一體化建模模塊：用于利用三角面元建立海面與艦船尾跡的一體化復(fù)合場景。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁計算單 元包括： 劃分模塊：用于將所述的一體化復(fù)合場景大尺度輪廓劃分為一個個小平面，同時將各 個小平面按照海面的確定模擬樣本的斜率特征來傾斜； 電磁計算模塊：用于利用斜率疊加雙尺度面元模型和基于海譜分布的單元場散射模 型分別對所述小平面的面元和面元內(nèi)的毛細(xì)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁散射計算，確定各面元的散射 場； 第二疊加模塊：用于將各面元貢獻(xiàn)的散射場進(jìn)行相關(guān)疊加形成總的散射貢獻(xiàn)，最終形 成艦船尾跡雷達(dá)回波。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的艦船尾跡雷達(dá)回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述艦船尾跡幾 何模型包括：開爾文尾跡、湍流尾跡、內(nèi)波尾跡和潛艇尾跡。
【文檔編號】G01S7/40GK104459643SQ201410508417
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】陳勇, 元旭津, 武亞軍, 王曉冰 申請人:北京環(huán)境特性研究所, 上海無線電設(shè)備研究所