面向SAR-GMTI目標(biāo)檢測(cè)的叢林區(qū)域散射特性建模分析.pdf

1、本文是基于 FDTD(時(shí)域有限差分算法)算法在 SAR/GMTI模式下對(duì)叢林區(qū)域進(jìn)行建模仿真，研究其散射場(chǎng)并進(jìn)行特性分析，通過(guò)分析RCS隨視角變化研究叢林區(qū)域散射對(duì)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的影響。
　　在SAR/GMTI模式下，進(jìn)行叢林區(qū)域內(nèi)目標(biāo)探測(cè)時(shí)，應(yīng)選用較低頻段，本文主要對(duì)雷達(dá)工作在P波段時(shí)叢林區(qū)域散射場(chǎng)進(jìn)行研究；因?yàn)榇藭r(shí)雷達(dá)波具有較好的穿透作用。在此波段下，叢林葉簇相對(duì)樹干而言是透明的，因此在建立叢林散射模型時(shí)可以將叢林區(qū)域看做是由

2、樹干組成的。本文分析叢林區(qū)域物理模型后，建立對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建并進(jìn)行深入研究，在分析MOM與FDTD在散射場(chǎng)仿真時(shí)優(yōu)缺點(diǎn)后，采用FDTD進(jìn)行散射場(chǎng)仿真計(jì)算。
　　本文通過(guò)分析單獨(dú)樹干物理模型從而推出兩棵樹干組成的散射場(chǎng)模型，文中稱其為非獨(dú)立模型；就建立非獨(dú)立散射模型主要步驟可以分為三步。第一步分析非獨(dú)立模型結(jié)構(gòu)；包含樹干，土壤，自由空間介質(zhì)。建立非獨(dú)立樹干物理模型。第二步建立數(shù)學(xué)仿真模型；首先要分析數(shù)值穩(wěn)定性；在進(jìn)行時(shí)間間隔，空間間

3、隔，離散網(wǎng)格確定等數(shù)值設(shè)定時(shí)，由于入射波頻率，散射目標(biāo)精確度，以及FDTD本身?xiàng)l件限制，如果不進(jìn)行精確分析計(jì)算，會(huì)對(duì)后續(xù)時(shí)間步，內(nèi)存估計(jì)等造成很大影響，導(dǎo)致仿真誤差太大或者程序崩潰。其次完成吸收邊界設(shè)置；根據(jù)本文模型構(gòu)建，為更好進(jìn)行土壤凋落波的吸收采用GPML邊界條件，并分析其與PML，Mur吸收邊界條件的不同。最后要進(jìn)行激勵(lì)源設(shè)置；首先選用基于SAR/GMTI模式下典型線性調(diào)頻波(LFM)，分析LFM與正弦波時(shí)頻特性；然后由連接邊界處

4、引入到總場(chǎng)區(qū)，在場(chǎng)區(qū)中按照時(shí)間步推進(jìn)各網(wǎng)格點(diǎn)得到激勵(lì)源值，由此完成非獨(dú)立模型數(shù)學(xué)模型建立。最后一步是在軟件平臺(tái)上按照數(shù)學(xué)模型計(jì)算步驟完成非獨(dú)立散射模型仿真。
　　通過(guò)分析非獨(dú)立模型近場(chǎng)幅值和相位圖，并與單獨(dú)樹干近場(chǎng)仿真圖進(jìn)行對(duì)比研究，得出非獨(dú)立模型散射場(chǎng)回波中除卻樹干各自回波信息，還夾雜有樹干相互作用形成的回波信息，稱其為二次散射回波信息。
　　由此可以延伸之較大面積內(nèi)叢林區(qū)域的仿真，通過(guò)構(gòu)建叢林區(qū)域模型研究其近場(chǎng)散射信息，

5、可以看出叢林區(qū)域樹干之間相互作用更為復(fù)雜，為更好的研究叢林區(qū)域散射特性，進(jìn)行了近場(chǎng)外推從而得到遠(yuǎn)場(chǎng)散射信息，到此完成叢林區(qū)域散射場(chǎng)的計(jì)算。根據(jù)獲得的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算可得散射場(chǎng)RCS，并分析其隨視角的變化，更為完整的得到叢林區(qū)域散射回波特性。在文章最后完成隱蔽于叢林中目標(biāo)(坦克)散射場(chǎng)仿真，通過(guò)分析分析幅值，相位和RCS變化，驗(yàn)證叢林區(qū)域散射對(duì)于目標(biāo)探測(cè)有遮擋作用，實(shí)際探測(cè)時(shí)，若忽略叢林散射回波，則在目標(biāo)成像時(shí)會(huì)由于樹干作用形成的虛假目標(biāo)影響