FOPEN SAR地面目标散射特性分析及检测研究

【摘要】：FOPEN SAR能够穿透叶簇并发现隐蔽于叶簇的目标,具有极其重要的军事价值。地面目标散射特性分析及检测研究是FOPEN SAR研究的重要组成部分。论文运用时域有限差分(FDTD)的复合激励法,在对卡车、坦克等复杂目标和树电磁建模的基础上,深入地分析了目标和树模型的电磁散射特性,提取了目标区别于树杂波的电磁特征,进而构建了基于这些电磁特征的FOPEN SAR目标检测方法,并应用于实验数据中进行目标检测。 首先,论文阐述了时域有限差分方法的基本原理,提出了适于计算地面背景下目标散射特性的FDTD分析方法—复合激励法。此方法将地面复杂目标超宽带散射特性分析过程分为两步:第一步,研究地面的散射特性,求出目标的激励场;第二步,运用求出的目标激励场照射目标,获得地面背景下目标的宽带散射特性。进而论文详细研究了运用该方法分析地面目标和树散射特性的关键技术,分析和解决了三个关键问题:1)色散媒质的FDTD迭代方程问题,建立了用于计算色散媒质的FDTD迭代方程;2)有耗色散媒质的吸收边界条件问题,运用了GPML边界条件来吸收色散媒质目标产生的凋落波;3)时域近场—远场的变换问题,确立了时域场的变换法则。 其次,深入研究了地面复杂目标和树的FDTD几何—电磁建模方法。针对复杂目标,提出了一种全新的复杂目标FDTD几何—电磁建模方法:基于3D引擎Direct X的FDTD几何—电磁建模方法,并给出了具体实现。论文将计算机图形学与计算电磁学结合到一起,通过目标的ACAD模型,获得目标的几何形状和材质等信息,按照电磁计算的要求,合理确定FDTD计算网格的尺寸,运用Direct X的矢量计算能力剖分目标,通过判断网格与目标的交与交的属性来完成复杂目标的FDTD几何—电磁建模。针对树模型,论文根据国外研究成果和叶簇穿透实验数据,得出全树模型可以简化为树干树枝模型,进而对比树干树枝模型和树干模型的散射回波及SAR图像,可将树干树枝模型简化为树干模型—有耗介质圆柱。 第三,论文深入地分析了不同媒质参数大地的散射特性,得到了目标的激励场,进而计算了我国的东风卡车、台湾地区的M60主战坦克、美国的M2A2布雷得力战车、美国的Brdm反坦克装甲车、美国的F16现役飞机和不同树干的时域、频域、极化域的电磁散射特性,给出了部分目标的一维距离像和SAR图像。 最后,论文通过对比地面目标和树干的散射特性,提出了目标区别于树杂波的电