機載下視陣列三維合成孔徑雷達分布式三維場景仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達仿真、成像和信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是機載下視陣列三維合成 孔徑雷達分布式三維場景仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)側(cè)視合成孔徑雷達由于掠地角較小及地形起伏的影響，在獲取的二維合成孔 徑雷達圖像中會存在疊掩、陰影等問題，在進行二維合成孔徑雷達分布式場景仿真時，需要 利用光線跟蹤法對方位相同的場景高度曲線進行研究。這種方法無法推廣到下視三維觀測 模式，并且三維場景數(shù)據(jù)量極大，需要研究更快速準確的仿真方法。
[0003] ff.G.Kropatsch.TheGenerationofSARLayoverandShadowMapsFrom DigitalElevationModels.IEEETrans.GeoscienceandRemoteSensing,28 (1)： 98-107,1990.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一）要解決的技術(shù)問題
[0005] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種機載下視陣列三維合成孔徑雷 達分布式三維場景仿真方法。
[0006](二）技術(shù)方案
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種機載下視陣列三維合成孔徑雷達分布式三維 場景仿真方法。該方法包括：
[0008] 步驟A:將陣列天線陣元位置數(shù)據(jù)、觀測區(qū)域分布式三維場景數(shù)字表面模型和觀 測區(qū)域分布式三維場景對應(yīng)的正射合成孔徑雷達投影圖像輸入到中央處理器；
[0009] 步驟B:在中央處理器中設(shè)定雷達工作參數(shù)；
[0010] 步驟C:利用中央處理器將雷達工作參數(shù)、觀測區(qū)域分布式三維場景數(shù)字表面模 型和觀測區(qū)域分布式三維場景正射合成孔徑雷達圖像傳輸?shù)綀D形處理器中，用于為中央處 理器、圖形處理器仿真提供仿真輸入；
[0011] 步驟D:根據(jù)選擇的回波生成法，在圖形處理器生成機載下視陣列三維合成孔徑 雷達三維回波信號，將所述回波信號從圖形處理器中的顯存?zhèn)鬟f到中央處理器控制的內(nèi) 存，選擇與所述回波信號的數(shù)據(jù)格式并將所述回波信號的數(shù)據(jù)保存到硬盤；以及
[0012] 步驟E:利用三維成像算法，對機載下視陣列三維合成孔徑雷達三維回波信號在 圖形處理器進行成像處理，輸出觀測區(qū)域分布式三維場景三維圖像和正射投影圖像。
[0013](三）有益效果
[0014] 從上述方法可以看出，本發(fā)明機載下視陣列三維合成孔徑雷達分布式三維場景仿 真方法具有以下有益效果：
[0015] 本發(fā)明方法用于機載下視陣列三維合成孔徑雷達機底區(qū)域觀測模式，本發(fā)明能夠 克服常規(guī)側(cè)視合成孔徑雷達中存在的疊掩、陰影等問題，并且能夠獲得觀測區(qū)域場景的三 維散射信息，在民用和軍用方面都有巨大的應(yīng)用潛力。目前尚無公開可用或可購買的機載 下視陣列三維合成孔徑雷達數(shù)據(jù)，為推動機載下視陣列三維合成孔徑雷達系統(tǒng)研制過程中 的關(guān)鍵技術(shù)驗證，需要開展機載下視陣列三維合成孔徑雷達分布式三維場景仿真技術(shù)，本 發(fā)明提出的方法仿真速度快，仿真精度高，符合大數(shù)據(jù)量三維仿真實用性要求。
[0016] (1)本發(fā)明用于支撐目前尚無實際機載下視陣列三維合成孔徑雷達數(shù)據(jù)情況下系 統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)驗證；
[0017] (2)本發(fā)明方法以三維數(shù)字表面模型和正射合成孔徑雷達圖像作為分布式三維仿 真場景輸入，在完成仿真參數(shù)、回波生成方法以及成像方法設(shè)置后，能夠靈活添加天線相位 中心運動誤差和系統(tǒng)噪聲，完成對分布式三維場景回波生成和三維成像處理；
[0018] (3)將中央處理器邏輯處理能力與圖形處理器數(shù)據(jù)運算能力相結(jié)合，實現(xiàn)異構(gòu)并 行仿真，極大提高仿真效率。
[0019] (4)能夠?qū)Σ煌年嚵袠?gòu)型、工作時序、成像算法進行驗證，對于系統(tǒng)研制起到很 好的推動作用。
【附圖說明】
[0020] 圖1為機載下視陣列三維合成孔徑雷達成像幾何模型；
[0021] 圖2為本發(fā)明實施例異構(gòu)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明機載下視陣列三維合成孔徑雷達分布式三維場景仿真流程圖；
[0023] 圖4A為觀測場景三維數(shù)字表面模型；
[0024] 圖4B為觀測場景機載圓跡合成孔徑雷達正射圖像。
[0025] 圖5A為逆極坐標(biāo)算法三維重建結(jié)果；
[0026] 圖5B為逆極坐標(biāo)算法正射投影結(jié)果。
[0027] 圖6A為極坐標(biāo)和L1正則化相結(jié)合算法三維重建結(jié)果；
[0028] 圖6B為極坐標(biāo)和L1正則化相結(jié)合算法正射投影結(jié)果。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0030] 需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附 圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本 文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接 受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如 "上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來 說明并非用來限制本發(fā)明。
[0031] 圖1為機載下視陣列三維合成孔徑雷達成像幾何模型圖示。請參照圖l，x軸平行 于航跡向，Y軸平行于跨航向，Z軸自上而下垂直于XY平面，0是坐標(biāo)原點。Q是當(dāng)前正在 進行信號收發(fā)的天線相位中心，P是觀測區(qū)域場景目標(biāo)，P'是觀測區(qū)域場景目標(biāo)在YZ平面 上的投影。^7是天線相位中心沿載機運動方向的軌跡，QY'是天線相位中心沿載機運動 方向的軌跡，面是坐標(biāo)原點到場景目標(biāo)P的參考斜距，參考斜距的長度為p，硬為天線相 位中心到場景目標(biāo)P的瞬時斜距，瞬時斜距的長度為P'。h為航跡向多普勒累積角，y2 為跨航向多普勒累積角，小為行f與YZ平面的夾角，0為與Z軸的夾角?？绾较蜿嚵?布局無特定規(guī)則限制，可以稀疏非規(guī)則布置。機載下視陣列三維合成孔徑雷達獲取場景目 標(biāo)沿航跡向、跨航向、波傳播向三維回波信號。
[0032] 如圖2為本發(fā)明實施例異構(gòu)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括中央處理器和圖形處理器，中央處 理器的輸入端接收陣列天線陣元位置數(shù)據(jù)、觀測區(qū)域分布式三維場景數(shù)字表面模型和觀測 區(qū)域分布式三維場景對應(yīng)的正射合成孔徑雷達圖像數(shù)據(jù)，中央處理器的輸入輸出數(shù)據(jù)端與 圖形處理器的輸入輸出數(shù)據(jù)端連接。圖2中只有一套中央處理器系統(tǒng)和一套圖形處理器系 統(tǒng)，只是兩個系統(tǒng)在回波生成和成像處理過程中都需要數(shù)據(jù)交互，整個圖自上而下是整個 異構(gòu)并行仿真的實際流程，每個流程過程中會有中央處理器、圖形處理器參與，其中圖形處 理器計算時劃定一個計算網(wǎng)格，計算網(wǎng)格內(nèi)劃分為線程塊，線程塊又可以劃分為多個線程， 這是圖形處理器工作狀態(tài)。
[0033] 利用圖2中示出的異構(gòu)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實施如圖3所示的基于異構(gòu)并行的機載下視 陣列三維合成孔徑雷達分布式場景仿真方法的步驟包括：
[0034] 步驟A:將陣列天線P0S數(shù)據(jù)將陣列天線陣元位置數(shù)據(jù)、觀測區(qū)域分布式三維場景 數(shù)字表面模型和觀測區(qū)域分布式三維場景對應(yīng)的正射合成孔徑雷達圖像輸入到中央處理 器；其中陣列天線陣元位置數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換到載機坐標(biāo)