基于分形的典型地形建模与SAR图像仿真

摘要

本文对如何利用分形技术建立典型地形模型进行了深入研究，以分形布朗运动（FBM）为理论基础，通过对随机中点位移法（MPD算法）的迭代初值进行约束与调整，以及对算法的迭代过程和参数选取进行优化，给出了一种典型地形的建模方法。利用该方法所生成的典型地形地貌的数字模型，不但更能反映真实地形的特性，而且具有地形结构的可控性。并在研究了目标的SAR成像原理的基础上，对生成的地形数字模型进行了SAR成像仿真。 本文首先概述了分形几何的基本思想和理论知识，阐述了FBM的由来、特点和生成方法等，通过FBM引入MPD算法，为地形建模奠定理论基础。为使地形模型能更好地反映真实地形的特性，研究了地形分形特征的提取方法、真实地形和组合FBM模型的分形特性，对MPD算法的迭代过程与参数选取进行了优化，用来生成组合FBM模型。随后又针对MPD算法中的随机因素，分析了初始迭代数据和分形参数对地形结构的影响，研究了地形数据分类与调整方法，讨论了实现地形结构可控性的算法流程。综合上述两方面工作，给出了一种典型地形的建模方法，使生成的地形更好地体现了真实地形的特性，而且具有地形结构可控性，而这些是常规的MPD算法无法实现的。通过仿真实验和结果分析，验证了本文的典型地形建模方法的可行性和有效性。然后，以建立的典型地形为研究对象，根据地面场景几何模型和雷达的关系，结合散射模型，计算地面场景的后向散射系数，并讨论了SAR图像仿真中的几何畸变问题。仿真了背景目标的后向散射系数图，验证了本文建立的背景目标散射模型能够真实反映出地面的散射特性。最后研究了雷达回波模拟、成像处理方法和SAR图像的相干斑噪声问题，完成了典型地形背景目标的SAR图像仿真，得到较为理想的结果。