基于射线跟踪的复杂物体高频电磁散射预估及SAR图像模拟
文献类型：学位论文
| 作者 | 温晓阳 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 王涛 |
| 关键词 | SAR 电磁散射 射线跟踪 图像模拟 |
| 其他题名 | High Frequency Electromagnetic Scattering Prediction and SAR Image Simulation of Complex Object Based on Ray Tracing |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 随着TerraSAR-X等高分辨率雷达卫星的投入运行，SAR图像分辨率得到极大提高，从雷达图像获取人造物体的细节信息成为可能，采用电磁计算的方式获取原始信号模拟图像，可以有效促进图像的解译工作。目前存在几种不同的高频散射计算代码，每种方法侧重点不同。图形法（GRECO）解决了计算遮挡的速度问题，提供了有效的物理光学计算方法；面元法（RAPPORT）对物体组成部件面元采用物理光学方法解析求解，其遮挡可以通过软件实现；射线跟踪法（RT）考虑物体各部件之间相互作用。在实际的散射计算中，根据部件的相互作用强弱及遮挡求解速度的要求可以选择不同计算方法，或者将这几种方法混合起来，综合他们的优势。 本论文提出了一种基于射线跟踪的电磁计算方法，对目标及背景散射分别建模，并统一到射线跟踪的基本框架下，能够计算目标与背景的相互作用。在具体的计算中，采用物理光学和几何光学结合的方法求解目标的散射场，用统计方式对背景的散射场建模；在成像计算部分，采用频率角度法或者图像域积分法进行仿真；最后选取了归一化相关系数及平均差异来评价模拟图像与真实图像的相似性。下面是本文的主要研究内容： 1. 射线跟踪法是一种高频电磁计算方法，广泛应用于各种复杂目标雷达散射截面的预测。本文基于射线跟踪法，计算由CAD模型描述的复杂物体的全极化雷达回波。为了计算多次反射的贡献，用一簇平行射线沿着入射方向射向目标，跟踪每条射线由物体上一个面反射到下一个面，直到射出物体。在每次反射时用几何光学计算光束场强；若射点与观察点之间无遮挡，使用物理光学积分求取远场贡献，所有射线的贡献叠加得到物体总的散射场。 2. 基于射线跟踪，分别对背景和目标散射建模，能够模拟物体各个组成部分之间的相互作用。在物体外表能够采用CAD模型精确描述的前提下，采用电磁计算的确定性方法对散射场进行建模；在表面比较粗糙随机，或包含大量不易描述的散射体时，在射线跟踪的框架下需要一种能够解析求解的方式，因此采用基尔霍夫近似对粗糙表面的镜面反射进行建模；采用统计模型对粗糙表面的漫反射进行建模，统计模型的参数可以通过实测图像分析获取。这样采用确定性方法和统计方式在射线跟踪中对不同散射贡献进行了求解。 3. 在获取雷达截面积之后采用雷达成像算法获得模拟图像。本文研究了聚束式成像模式下的图像模拟。按照ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)的成像结构来设置场景，即雷达不动目标在一个方位角范围内转动，在这一过程中计算目标在多个方位角度多个频率的雷达截面积，并采用频率角度法获取了模拟图像。在此基础上，进一步研究了图像域积分的成像方法，该方法在满足小角度近似的条件下，可以将将频率角度法所需的不同角度不同频率的模拟工作简化为，根据射线反射点的位置信息，将单个角度单一频率的射线数据，直接映射到图像坐标系，并与图像域的射线扩展函数卷积，从而得到模拟图像。 4. 对形成雷达图像中强散射点的多次反射机制进行模拟，并有效的辅助了建筑SAR图像的解译。本文通过对复杂结构的物体例如建筑中存在很多角形结构，墙面与地面构成的二面角，窗户与棱边构成的角反射器等，在雷达图像中表现为强散射点，采用射线跟踪法可以有效模拟多次反射效应辅助建筑图像的分析及解译。本文根据选取的试验区进行实地考察建立建筑模型，并按照真实成像模式模拟了雷达图像，与真实图像进行了对比。根据模拟图像与实测图像的对应关系很好的解译了建筑SAR图像。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 155 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21831]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 温晓阳. 基于射线跟踪的复杂物体高频电磁散射预估及SAR图像模拟[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。