一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114167379A(43)申请公布日2022.03.11(21)申请号202111375664.2(22)申请日2021.11.19(71)申请人南京航空航天大学地址211106江苏省南京市江宁区将军大道29号(72)发明人张寅章琪琪范君杰闫钧华(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人徐晓鹭(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)G01S13/90(2006.01)G06T17/00(2006.01)G06T17/20(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法(57)摘要本发明涉及一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法，所述方法通过建立空间数据结构和射线管分裂来改进弹跳射线算法，提高了计算复杂三维目标散射特性的效率。本文基于实际SAR成像仿真过程中复杂目标的电磁散射计算问题，提出一种针对此类目标的快速弹跳射线电磁计算方法，该方法中包含利用节点块八叉树空间数据结构，快速进行相交检测；通过三角剖分射线管自适应分裂，大幅减少了射线管的数量。实验表明，本发明方法在保证计算精度的同时，可以有效提高计算目标散射特性的效率。CN114167379ACN114167379A权利要求书1/1页1.一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：输入目标的三角面元模型和观测参数，生成由波源射向目标的几何光学射线管以模拟入射电磁波；步骤2：建立节点块八叉树数据结构，识别步骤1中的面元与射线管的相交情况；步骤3：计算步骤2中面元与射线管的交点，利用Delaunay算法将射线管分裂为匹配目标面元边界的子三角形射线管，剔除与目标不相交的子射线管；步骤4：利用几何光学法得到步骤3中与目标面元相交的子射线管在面元上的反射场，追踪所有相交子射线管的反射路径，以该反射射线管作为下一次反射或散射的入射射线管；步骤5：重复步骤2~4，直至几何射线管最终离开目标表面进入自由空间或反射次数达到用户设定的上限，使用物理光学法计算该射线管发生最后一次反射的散射场；将射向目标的所有射线管产生的散射场相加，得到在该入射电磁波参数下目标的散射特性。2.根据权利要求1所述的一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法，其特征在于，所述步骤2具体为：步骤2.1，根据目标的尺寸确定最外层根节点的大小，将根节点对应的空间等分为若干个子节点，将目标结点信息分配到对应的子节点空间中，对每一个子节点空间按照同样的方式进行划分，直到划分的空间达到设定的最小尺寸或该子节点空间中不再含有任何目标结点；步骤2.2，将射线管中心射线延伸到目标空间，判断中心射线与根节点是否相交，若相交则遍历其下一层的所有子节点，逐层地与射线管中心射线进行求交测试，最终确定与射线管中心射线相交的叶节点；步骤2.3，确定步骤2.2得到的叶节点对应的空间块及其相邻空间块，提取这些空间块中包含的所有目标结点，并确定结点对应的所有面元的集合。3.根据权利要求1所述的一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法，其特征在于，所述步骤3具体为：步骤3.1，对面元分组，将包含相同节点的面元组成面元集合，选取离场源最近的一个作为反射曲面；步骤3.2，根据射线管的入射方向，在离反射曲面几何中心设定距离外且与入射方向垂直处建立射线管划分的虚拟孔径面，将步骤3.1中的面元集合投影到虚拟孔径面上；步骤3.3，在所述虚拟孔径面上，计算面元边投影和射线管边界的交点并记为点集P1，射线管投影边界内的目标结点投影记为P2，将点集P1、P2和射线管投影的三个顶点组成二维点集P；步骤3.4，使用Delaunay算法将二维点集构造成三角形网格，所述三角形网格即为分裂后射线管的横截面，通过射线追踪，即可得到分裂后的射线管。2CN114167379A说明书1/5页一种用于SAR成像仿真的复杂目标散射特性快速计算方法技术领域[0001]本发明涉及目标电磁散射特性快速计算技术，特别涉及SAR成像仿真过程中一种复杂三维目标的多次散射的快速算法。背景技术[0002]分析复杂三维目标的电磁散射特性是开展雷达成像仿真、目标侦察与识别、隐身性能评价等研究的基础，因此具有重要的军事应用价值。对于表面结构较为复杂的目标，在仿真其电磁散射特性时需要对目标表面的多次散射进行计算。雷达散射截面积(RadarCrossSection，RCS)是一种反映目标的电磁散射特性的参数，其定义为目标在单位立体角内向雷达接收机处散射功率与入射波在目标上的功率密度之比的4π倍。LingH等人于1989年提出了用于计算腔体雷达散射截面积的弹跳射线