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海洋舰船尾迹合成孔径雷达成像仿真研究

王爱明  
【摘要】: 本论文以理论分析为基础,采用计算机仿真模拟的方法,深入地研究了舰船尾迹特征、尾迹的SAR成像机理、尾迹成像仿真、SAR的最佳尾迹观测条件以及一些相关的问题,为SAR对舰船尾迹检测、运动参数反演的方法和实现技术开展前期基础性研究。 论文首先研究了四种常见尾迹特征的产生机理,仿真得到了海面、Kelvin尾迹、窄V尾迹、湍流和涡流尾迹以及内波尾迹特征;改进了Kelvin尾迹的动力学模型,使之能够计算运动物体下潜后的Kelvin尾迹波高分布。 研究了海面的电磁波后向散射模型和海浪对SAR信号的调制机理,其中,重点研究了复合表面模型和速度聚束调制机理,在此基础上建立了适合于海面的SAR成像模型。该模型的主要特点是:(1)它采用了三尺度复合表面模型的思想来计算海面的电磁散射,考虑了中等尺度波对纹波的进一步调制作用,弥补了传统双尺度模型的不足;(1)它考虑了海浪的倾斜调制作用、流体动力调制作用和流场对雷达截面的调制作用,实现了用统一的仿真模型对四种舰船尾迹特征进行成像仿真;(3)它把海面长波的轨道速度作为基本的动态成分,并依此来考虑海面运动对SAR回波信号的影响。 论文开展了分布目标回波模拟器的方案研究,对比了已有的回波模拟器的原理和基本方法,并结合作者研究海面SAR回波信号的结果,对前人的分布目标回波模拟器的方案进行了改进,使之具有更大的灵活性。 通过对不同的SAR系统参数、观测条件,舰船类型和运动参数以及不同海况参数下仿真的尾迹SAR图像的分析,研究了不同类型尾迹的SAR最佳观测条件,探讨了运动参数反演和尾迹检测的方法。 计算机仿真得到了尾迹的特征和包含尾迹信息的SAR回波信号,使我们从本质上理解了常见舰船尾迹的产生机理和尾迹的SAR成像机理,为改善舰船尾迹SAR成像效果和提高尾迹检测概率奠定了理论基础。


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