本發(fā)明涉及雷達(dá)系統(tǒng)仿真，具體公開一種基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(dá)(sar)作為一種利用微波進(jìn)行感知的主動(dòng)傳感器，具有全天候、全天時(shí)對(duì)地觀測(cè)能力，已經(jīng)成為軍事偵察的重要手段。sar成像通過對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行高分辨成像，在軍事目標(biāo)檢測(cè)、定位和識(shí)別領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，sar雷達(dá)通過發(fā)射寬帶信號(hào)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行有效成像，圖像能夠有效顯示地物散射特性信息和目標(biāo)特征，進(jìn)而通過目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別算法完成目標(biāo)定位。當(dāng)前，為了有效驗(yàn)證sar成像裝備的性能，多采用目標(biāo)回波模擬設(shè)備生成sar回波信號(hào)，通過輻射或注入方式將回波送入sar成像雷達(dá)驗(yàn)證裝備的成像、目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別和定位等性能。

2、sar回波信號(hào)仿真模擬的逼真度直接影響圖像中軍事目標(biāo)檢測(cè)定位性能，在目標(biāo)回波模擬設(shè)備仿真sar回波信號(hào)的過程中，傳統(tǒng)方法多基于灰度圖像預(yù)先計(jì)算生成回波信號(hào)，并通過脈沖觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)發(fā)射，該方法中灰度圖像反映了地面散射特性，通過地面后向散射系數(shù)(rcs)和高程數(shù)據(jù)(dem)計(jì)算場(chǎng)景回波信號(hào)，但未考慮回波信號(hào)中的相干斑特性，而相干斑作為地物散射的內(nèi)部過程，是整個(gè)散射的一部分，其在實(shí)際的sar圖像中會(huì)影響目標(biāo)檢測(cè)性能，傳統(tǒng)基于灰度圖像仿真的sar回波信號(hào)忽略了這一影響，使得sar回波信號(hào)模擬逼真度不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開了一種基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真系統(tǒng)及方法，利用地面真實(shí)后向散射系數(shù)以及sar成像相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)場(chǎng)景基本一致的包含相干斑噪聲的sar雷達(dá)回波信號(hào)模擬方法，在半實(shí)物仿真試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了sar回波信號(hào)的精確模擬。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真系統(tǒng)，包括仿真控制與顯示、雷達(dá)信號(hào)接收通道、中頻信號(hào)采集模塊、回波信號(hào)仿真模塊、中頻信號(hào)生成模塊和回波信號(hào)發(fā)射通道；

4、仿真控制與顯示用于完成系統(tǒng)的控制和相關(guān)參數(shù)設(shè)置，并對(duì)全系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和顯示；

5、雷達(dá)信號(hào)接收通道用于接收sar雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)送的低功率雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，將雷達(dá)信號(hào)下變頻為中頻雷達(dá)信號(hào)，并將信號(hào)濾波、放大、功率調(diào)整后送入中頻信號(hào)采集模塊；

6、中頻信號(hào)采集模塊用于將中頻雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換，形成數(shù)字雷達(dá)信號(hào)送入回波信號(hào)仿真模塊；

7、回波信號(hào)仿真模塊根據(jù)接收到的數(shù)字雷達(dá)信號(hào)以及相關(guān)參數(shù)設(shè)定，完成sar回波信號(hào)仿真；

8、中頻信號(hào)生成模塊將sar回波數(shù)字信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換，形成中頻sar回波信號(hào)；

9、回波信號(hào)發(fā)射通道用于將中頻sar回波信號(hào)上變頻為射頻sar回波信號(hào)送入sar雷達(dá)系統(tǒng)。

10、進(jìn)一步地，所述基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真系統(tǒng)，還包括為雷達(dá)信號(hào)接收通道和回波信號(hào)發(fā)射通道提供本振和時(shí)鐘信號(hào)的本振模塊。

11、基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真方法，利用上述任意一項(xiàng)基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)sar回波信號(hào)仿真模擬，具體步驟如下：

12、1)系統(tǒng)加電、自檢，將sar雷達(dá)系統(tǒng)的低功率雷達(dá)發(fā)射信號(hào)通道和回波信號(hào)接收通道與本系統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)接收通道和回波信號(hào)發(fā)射通道通過線纜對(duì)應(yīng)連接；

13、2)通過仿真控制與顯示設(shè)定sar雷達(dá)系統(tǒng)的工作中心頻率、雷達(dá)信號(hào)接收通道增益、回波信號(hào)發(fā)射通道增益、sar回波仿真多視系數(shù)、乘性噪聲比mnr，并加載sar回波仿真基準(zhǔn)圖像；

14、3)雷達(dá)信號(hào)接收通道接收sar雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)送的低功率雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，將雷達(dá)信號(hào)下變頻為中頻雷達(dá)信號(hào)，并將信號(hào)濾波、放大、功率調(diào)整后送入中頻信號(hào)采集模塊，中頻信號(hào)采集模塊將中頻雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換，形成數(shù)字雷達(dá)信號(hào)送入回波信號(hào)仿真模塊；

15、4)回波信號(hào)仿真模塊接收數(shù)字雷達(dá)發(fā)射信號(hào)并讀取相關(guān)設(shè)定參數(shù)后，計(jì)算sar回波信號(hào)s0；

16、5)將回波信號(hào)按照dac量程范圍進(jìn)行量化，假定dac為14位，則幅度輸出最大值為amax＝214-1，量化公式為：

17、

18、6)利用中頻信號(hào)生成模塊將歸一化后的sar回波數(shù)字信號(hào)s0′進(jìn)行模數(shù)變換，形成中頻sar回波信號(hào)；

19、7)回波信號(hào)發(fā)射通道將中頻sar回波信號(hào)上變頻為射頻sar回波信號(hào)送入sar雷達(dá)系統(tǒng)；

20、8)sar雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射低功率雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的同時(shí)，接收sar射頻回波信號(hào)后，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行成像、檢測(cè)和識(shí)別處理。

21、進(jìn)一步地，所述基于地物散射特性和相干斑噪聲的sar回波仿真方法，步驟4)中sar回波信號(hào)的計(jì)算方法如下：

22、4.1、讀取sar回波仿真的基準(zhǔn)圖像，假定sar回波仿真的基準(zhǔn)圖像大小為2048*2048，得到地面散射系數(shù)矩陣σn(n＝1,2,...,20482)，地面散射系數(shù)矩陣表征了理想的、不受噪聲影響的rcs，反映的是地物后向散射特性；

23、4.2、讀取sar回波仿真多視系數(shù)nds，乘性噪聲系數(shù)mnr，多視系數(shù)表征了sar圖像處理過程中進(jìn)行非相干相加處理過程，其值等于多視圖像的總幀數(shù)；

24、4.3、根據(jù)乘性噪聲系數(shù)mnr計(jì)算相干斑噪聲方差系數(shù)γstd，計(jì)算公式為

25、

26、4.4、生成服從均值系數(shù)為1、方差系數(shù)為γstd的相干斑噪聲ni，噪聲系數(shù)長(zhǎng)度等于多視系數(shù)nds，則

27、ni＝rand(1,γstd,nds),i＝1,2,...,nds

28、其中rand表示隨機(jī)數(shù)生成過程；

29、4.5、對(duì)于多視圖像的每一幀圖像，計(jì)算添加了相干斑噪聲的地物散射系數(shù)in(n＝1,2,...,20482)，對(duì)于任意一個(gè)in，公式為

30、in＝σn·ni,i＝randperm(1,2,...,nds)

31、其中：randperm是將i進(jìn)行隨機(jī)排序，模擬相干斑噪聲的隨機(jī)特性；

32、4.6、利用添加了相干斑噪聲的地物散射系數(shù)以及sar雷達(dá)設(shè)定參數(shù)，計(jì)算sar場(chǎng)景中每一點(diǎn)的回波信號(hào)，公式為

33、

34、其中：ωr為矩形窗函數(shù)，τ為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈寬，c為光速，f0為載波頻率，kr為發(fā)射信號(hào)調(diào)頻斜率，r(n)為每個(gè)像素點(diǎn)到達(dá)雷達(dá)的距離。

35、由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

36、本發(fā)明在基于灰度圖像仿真sar回波信號(hào)的基礎(chǔ)上，給出了一種基于地物散射特性和相干斑噪聲模擬的sar回波仿真系統(tǒng)及方法，在分析sar圖像中相干斑噪聲特性的基礎(chǔ)上，利用地面真實(shí)后向散射系數(shù)以及sar成像相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了與真實(shí)場(chǎng)景基本一致的包含相干斑噪聲的sar雷達(dá)回波信號(hào)模擬方法，在半實(shí)物仿真試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了sar回波信號(hào)的精確模擬，克服了傳統(tǒng)基于灰度圖像仿真的sar回波信號(hào)模擬方法中，無法模擬相干斑噪聲導(dǎo)致sar回波信號(hào)模擬逼真度不足的問題，實(shí)現(xiàn)了與真實(shí)sar回波信號(hào)基本一致的回波信號(hào)精確模擬，本發(fā)明具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。