機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)分布式三維場(chǎng)景仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)仿真、成像和信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是機(jī)載下視陣列三維合成 孔徑雷達(dá)分布式三維場(chǎng)景仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)側(cè)視合成孔徑雷達(dá)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(dá)圖像中會(huì)存在疊掩、陰影等問題，在進(jìn)行二維合成孔徑雷達(dá)分布式場(chǎng)景仿真時(shí)，需要 利用光線跟蹤法對(duì)方位相同的場(chǎng)景高度曲線進(jìn)行研究。這種方法無法推廣到下視三維觀測(cè) 模式，并且三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)量極大，需要研究更快速準(zhǔn)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(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷 達(dá)分布式三維場(chǎng)景仿真方法。
[0006](二）技術(shù)方案
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)分布式三維 場(chǎng)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(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景數(shù)字表面模型和觀 測(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的正射合成孔徑雷達(dá)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(dá)工作參數(shù)；
[0010] 步驟C:利用中央處理器將雷達(dá)工作參數(shù)、觀測(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景數(shù)字表面模 型和觀測(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景正射合成孔徑雷達(dá)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(jī)載下視陣列三維合成孔徑 雷達(dá)三維回波信號(hào)，將所述回波信號(hào)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(hào)的數(shù)據(jù)格式并將所述回波信號(hào)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(duì)機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)三維回波信號(hào)在 圖形處理器進(jìn)行成像處理，輸出觀測(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)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(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)分布式三維場(chǎng)景仿 真方法具有以下有益效果：
[0015] 本發(fā)明方法用于機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)機(jī)底區(qū)域觀測(cè)模式，本發(fā)明能夠 克服常規(guī)側(cè)視合成孔徑雷達(dá)中存在的疊掩、陰影等問題，并且能夠獲得觀測(cè)區(qū)域場(chǎng)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(jī)載 下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，為推動(dòng)機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)研制過程中 的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，需要開展機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)分布式三維場(chǎng)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(shí)用性要求。
[0016] (1)本發(fā)明用于支撐目前尚無實(shí)際機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)情況下系 統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)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(dá)圖像作為分布式三維仿 真場(chǎng)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(yùn)動(dòng)誤差和系統(tǒng)噪聲，完成對(duì)分布式三維場(chǎng)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(yùn)算能力相結(jié)合，實(shí)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(shí)序、成像算法進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于系統(tǒng)研制起到很 好的推動(dòng)作用。
【附圖說明】
[0020] 圖1為機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)成像幾何模型；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例異構(gòu)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明機(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)分布式三維場(chǎng)景仿真流程圖；
[0023] 圖4A為觀測(cè)場(chǎng)景三維數(shù)字表面模型；
[0024] 圖4B為觀測(cè)場(chǎng)景機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)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(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)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(hào)。附 圖中未繪示或描述的實(shí)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(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)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(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)成像幾何模型圖示。請(qǐng)參照?qǐng)Dl，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(diǎn)。Q是當(dāng)前正在 進(jìn)行信號(hào)收發(fā)的天線相位中心，P是觀測(cè)區(qū)域場(chǎng)景目標(biāo)，P'是觀測(cè)區(qū)域場(chǎng)景目標(biāo)在YZ平面 上的投影。^7是天線相位中心沿載機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的軌跡，QY'是天線相位中心沿載機(jī)運(yùn)動(dòng) 方向的軌跡，面是坐標(biāo)原點(diǎn)到場(chǎng)景目標(biāo)P的參考斜距，參考斜距的長(zhǎng)度為p，硬為天線相 位中心到場(chǎng)景目標(biāo)P的瞬時(shí)斜距，瞬時(shí)斜距的長(zhǎng)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(jī)載下視陣列三維合成孔徑雷達(dá)獲取場(chǎng)景目 標(biāo)沿航跡向、跨航向、波傳播向三維回波信號(hào)。
[0032] 如圖2為本發(fā)明實(shí)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(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景數(shù)字表面模型和觀測(cè) 區(qū)域分布式三維場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的正射合成孔徑雷達(dá)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(gè)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(gè)圖自上而下是整個(gè) 異構(gòu)并行仿真的實(shí)際流程，每個(gè)流程過程中會(huì)有中央處理器、圖形處理器參與，其中圖形處 理器計(jì)算時(shí)劃定一個(gè)計(jì)算網(wǎng)格，計(jì)算網(wǎng)格內(nèi)劃分為線程塊，線程塊又可以劃分為多個(gè)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(shí)施如圖3所示的基于異構(gòu)并行的機(jī)載下視 陣列三維合成孔徑雷達(dá)分布式場(chǎng)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(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景 數(shù)字表面模型和觀測(cè)區(qū)域分布式三維場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的正射合成孔徑雷達(dá)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(jī)坐標(biāo)