粗糙地面上复杂目标的正向散射中心参数化建模研究

为了研究复杂目标与粗糙地面的复合电磁散射,提出了一种粗糙地面上复杂目标散射中心参数化建模的方法.首先对复杂目标进行高精度三维几何建模,同时对地面的三维几何模型进行数值模拟.然后直接从模型出发,采用射线分裂追踪技术对空间射线进行标记与归类,将复杂环境和目标的强散射源进行分离及定量表征.最后基于属性散射中心模型形式,正向确定散射中心模型的参数,构建粗糙地面上复杂目标散射中心参数化模型.文章给出了裸土上坦克的散射中心参数化模型,并将重构的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像与可信的高频算法仿真SAR图像进行对比分析,重构结果与仿真结构具有较好的一致性,验证了对该类目标进行参数化建模的有效性,拓展了正向参数化建模目标适用范围.     

三维属性散射中心系数的多项式模型

为了解决多角度SAR数据三维属性散射中心提取中出现的散射系数函数形式未知、数据量大的问题,提出了一种对散射系数进行参数化建模的方法.这种建模方法在忽略雷达频率对散射系数的影响的前提下,首先根据散射系数幅度分段,然后在段内利用二维多项式进行建模.通过仿真实验验证,该方法简单易行,通过参数化模型恢复的图像,和原始图像有很高的相似度.不过,这种方法不能应用于延展型属性散射中心,需要在下一步的工作中继续进行研究.     

有属性的散射中心理论及应用

讨论了基于物理光学和几何绕射理论的散射中心模型，对有属性的散射中心理论进行了详细的介绍推导，并对散射中心模型的各个参数在图像城进行了估计。结果验证了参数估计方法的有效性和散射中心理论模型的实用性。     

独立属性散射中心参数降耦合估计方法

属性散射中心模型是基于几何绕射(GTD)模型完善得到,其模型参数具有频率和方位依赖特性,相比点散射模型对目标特征描述更为准确。但属性散射中心模型中也引入了参数维数增加的问题,模型参数估计相对困难。针对属性散射中心模型的参数估计,该文对图像分割后获得的独立散射中心进行研究,提出一种将部分参数降耦合的参数估计算法。通过建立合理的代价函数进行参数估计。相对传统参数估计方法,该方法无需获取准确的参数的初始值,从而在复杂性和时效性上有很大的改进。最后,基于仿真数据的实验论证了该文方法的有效性。     

基于属性散射中心模型的SAR 目标重构可视化增强方法

基于属性散射中心模型对实测SAR 数据进行参数估计,利用参数估计的结果对实测SAR 目标重构可视化增强对于辅助SAR 解译人员进行判别具有重要的意义。该文提出了一种新的可视化增强方法,利用成像操作(IFFT)的线性特征,在参数估计的基础上,基于属性散射中心模型分别对各个散射中心自适应成像,最后叠加重构整幅SAR 图像。实验结果表明,该方法可以有效提高目标重构的可视化效果。      

SAR目标属性散射中心特征提取与分析

散射中心是高频区雷达目标电磁散射的基本特征,对SAR图像解译、目标识别等具有重要意义。与经典的理想点散射中心模型相比,属性散射中心模型通过引入散射响应对频率、方位角的依赖因子,可更精确地建模高分辨SAR图像目标的散射特性,但与此同时,由于特征参数的维数更高,因此相应的特征提取方法也更复杂。提出了一种基于CLEAN思想的图像域区域解耦合的近似最大似然估计(RD-AML-CLEAN)高分辨SAR图像目标属性散射中心特征提取方法,并通过仿真SAR图像数据的实验结果对算法性能进行了定性、定量的分析与评估。     

雷达目标的散射中心建模研究

雷达目标总散射场可近似为若干散射中心贡献的叠加,而每一个散射中心都对应着特定的电磁散射机理,这些特定散射机理的散射场可表示成输入为雷达参数（频率、极化、视向角）和目标参数（几何、材料）的参数化模型.散射中心参数化模型在雷达回波实时模拟、半实物仿真、雷达目标识别等领域得到了广泛的关注.文中总结了雷达散射中心模型的发展历程,包括散射中心数学模型和散射中心参数提取方法,以及散射中心建模的难点问题和未来的研究方向.期望该文可为从事该方面研究的科研人员提供一些参考.     

雷达目标三维散射中心位置正向推导和分析

为了更好地将散射中心与目标结构联系起来,该文基于目标几何模型给出一种在单次和2次耦合散射机理下雷达目标部件级3维散射中心位置正向推算方法。重点探究了2次耦合散射机理下强散射情况的射线等效位置确定原理及方法。对其他弱散射情况,应用等价变换等效为强散射情况。最后,使用此位置推算方法推导并分析了直角二面角,钝角二面角,SLICY, T72坦克模型的部件级3维散射中心位置,并与相应的仿真或实测SAR图像进行比对以验证此位置推算方法的正确性。     

基于空域滤波的雷达目标二维散射中心快速提取

针对几何绕射(GTD)模型,该文提出一种基于空域滤波的2维散射中心参数快速提取方法。该方法利用空域滤波过程将2维散射中心参数提取问题分解为多个1维散射中心提取问题,并利用1维旋转不变技术(1D-ESPRIT)来估计散射中心各维参数,最后利用最小欧氏距离实现2维参数的配对。与基于2维旋转不变技术(2D-ESPRIT)的方法相比,该方法避免了高维数的特征值分解,因而可以显著地降低计算的复杂度。仿真实验表明,与2D-ESPRIT高分辨算法相比,该方法不仅能够显著降低计算量,并且还能获得较好的估计精度,可以有效地用于提取目标散射中心参数信息。     

一种基于属性散射中心的SAR遮挡目标识别方法

针对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）图像遮挡目标识别问题,提出基于属性散射中心局部最优匹配的方法。综合考虑匹配对数量以及匹配对之间的差异,采用粒子群算法构建测试样本和模板样本的属性散射中心集之间的局部最优匹配关系。在此基础上,引入SAR遮挡目标带来的散射中心变化特性,定义稳健的相似度准则。基于散射中心匹配结果计算测试样本与各类模板的相似度进而判定其目标类别。在MSTAR数据集上的实验结果表明,所提方法在标准操作条件下对10类目标取得98.72%的平均识别率,在随机缺失、方向缺失两种遮挡模型下也取得优于对比方法的性能,证明了所提方法对于SAR遮挡目标识别的有效性。     

基于幅相分离的属性散射中心参数估计新方法

利用属性散射中心(ASC)参数估计来识别目标上的散射结构是实现合成孔径雷达(SAR)自动目标体识别(ATR)的重要步骤。为提高属性散射中心参数估计的速度并抑制杂散影响,该文首先从图像中提取多个属性散射中心,然后分别估计各个属性散射中心的参数。为提高单个属性散射中心的参数估计速率,考虑到其幅度和相位相关参数可分离,该文提出幅度相位分离的属性散射中心参数估计思想,与传统方法相比,该思想使参数估计算法复杂度和参数估计时间降低了1个数量级。引入迭代半阈值(IHT)算法提高参数估计精度。根据各个属性散射中心的参数估计结果可识别目标上各种散射结构并确定其在目标上的位置分布。仿真数据、实测数据以及MSTAR数据集得到的参数估计的高效性和高准确性,验证了该文所提方法的有效性。      

多次散射中心横向位置属性及图像表征

多次散射结构是不可忽视的重要散射来源,其等效视在散射中心往往偏离目标区域,目前的解译和识别方法不具备对SAR图像中的多次散射中心现象进行散射机理和散射结构溯源的能力。为深入挖掘多次散射中心位置的本质,本文以散射中心的理论为基础,正向建立了具有明确物理含义的散射中心模型,揭示了多次散射中心横向位置与复杂多次射线路径的联系,解释了多普勒频率的形成机制,并探讨了其在雷达目标识别中的应用。首先,本文从电磁散射物理过程出发,推导了任意阶次射线场的解析表达式;其次,结合正向物理推导获取的雷达回波信号表达式与逆傅里叶变换,表征了目标在单站雷达上的图像特征,实现了散射中心三维空间位置在单站雷达图像中的直接映射;最后,通过仿真,构建了多次散射射线光程、回波信号相位表征、雷达图像散射中心位置三者之间的物理关联。     

基于散射中心模型的目标时域回波快速仿真

为快速获取超宽带电磁脉冲激励下雷达目标在时域上的电磁响应,提出一种基于属性散射中心正向建模的方法用于目标时域回波仿真。从目标几何模型出发,利用射线追踪、分集技术对空间中所有射线进行标记与归类,分离并定量表征目标的强散射源。基于属性散射中心模型,正向确定模型参数,构建出目标属性散射中心模型,在选定的辐射源激励下进行仿真计算,快速获取目标时域回波信号。以典型目标简化坦克为例,选取不同形式的超宽带电磁脉冲信号作为辐射源,基于正向建模方法构建简化坦克的散射中心模型,快速获取给定电磁脉冲激励下的雷达回波信号,并与利用高频仿真方法得到的一维距离像对比,结果具有较好的一致性,从而验证了利用散射中心模型快速进行不同辐射源激励下回波仿真的有效性。     

基于扩展OTSM图的滑动型散射中心建模方法

雷达目标散射中心建模是雷达目标特性分析与雷达目标识别中的关键步骤,光滑流线型结构在雷达目标上的广泛应用,给传统散射中心建模带来了巨大挑战。该文针对滑动散射中心建模开展研究,首先分别基于曲面边缘散射和曲面散射两种情况,推导了滑动散射中心的位置表达式;其次,提出一种基于扩展1维-高维(2维/3维)散射映射图(One–Two/Three Dimensional Scattering Mapping, OTSM)的滑动散射中心估计方法,通过相邻视角的投影几何关系推导滑动散射中心的位置;然后,综合RANSAC算法获取的固定散射中心,获得目标完备的散射中心模型。利用暗室测量数据对算法进行了验证,结果表明了该文算法的有效性。     

BRT-MOM-ILDC方法分析海上无人机群目标全极化散射特性

随着海面低慢小群目标威胁性的不断增强,其雷达回波的有效探测受到了世界各国的广泛重视。海杂波影响分析和对目标上精细结构建模这两个问题是海上低慢小目标雷达散射特性仿真研究的重点内容,因此,本文以海上无人机群为分析目标,针对其飞行高度低、受杂波影响大、局部结构反射截面积小的目标特性,综合采用高频双向射线追踪方法（BRT）、多层快速多极子加速的矩量法（MOM）和边缘区域的增量长度绕射理论方法（ILDC）分区域实现可靠的电磁散射建模。该方法将目标区域分为高频电大区域、低频精细区域和棱边区域进行理论分析与计算,采用多路径方法对目标间、目标与海面的耦合作用进行有效的补充,实现全极化海面目标的散射特性高效计算和快速成像。结果分析表明,采用本文方法可以快速的获取全极化的目标散射回波和雷达图像,从而为目标识别提供大量样本信息。      

基于狼群算法的SAR图像属性散射中心参数估计

针对合成孔径雷达（SAR）图像属性散射中心估计问题,提出基于狼群算法的新思路。方法首先在图像域上对SAR图像进行“分治”解耦。对每一个属性散射中心进行序贯估计时,采用狼群算法作为基础优化算法,获得散射中心最佳的参数集。狼群算法通过分析狼群的协作捕猎活动及猎物分配等特点,具备良好的全局搜索能力和局部开发能力。算法通过结合传统图像域解耦的思想和狼群算法的稳健优化性能,提高SAR图像整体的属性散射中心估计精度。实验中,采用所提方法对MSTAR数据集中的原始SAR图像及加噪样本进行参数估计,实验结果验证了其有效性和噪声稳健性。     

基于ILDC理论的平面结构电磁散射计算

增量长度绕射系数理论(ILDC)是对电大尺寸复杂目标进行边缘绕射计算的有效方法之一。本文基于散射总场、表面光学场和边缘绕射场三者之间的关系,针对几何建模的特点,从另一个角度推导出了ILDC在平表面结构中的应用形式,并验证了该方法的正确性,为目标电磁特性的研究提供了一种可行的计算方法。     

太赫兹频段粗糙目标散射中心建模研究

太赫兹雷达可获取目标的精细散射特征信息,对于目标探测、成像和识别具有重要意义。针对太赫兹频段雷达目标散射中心建模问题进行讨论,分析了散射中心模型、目标回波和目标图像之间的内在物理关系,并基于粗糙面散射理论中的全波方法和信号处理中的滤波方法提出一种构建目标散射中心模型的方法,可同时描述粗糙目标的传统相干散射中心和非相干面散射行为,为太赫兹频段粗糙目标的散射回波仿真提供了一种有效的描述手段。     

基于正交投影的GTD模型参数估计方法

雷达目标散射中心的参数估计在目标高频电磁散射特性分析和识别中有着许多重要的应用.以几何绕射(GTD)模型为基础,提出了一种基于正交投影的模型参数估计方法.该方法依据GTD模型中散射中心位置与类型参数的低耦合,利用信号子空间的平移不变结构估计散射中心的位置,根据频率依赖项的正交投影系数对类型参数进行鉴别.由于整个估计过程一次完成,因此,具有较低的计算复杂性.仿真实验结果表明:该方法具有较高的估计精度和良好的推广性能.