面向SAR/GMTI目标检测的丛林区域散射特性建模分析

摘要

本文是基于 FDTD(时域有限差分算法)算法在 SAR/GMTI模式下对丛林区域进行建模仿真，研究其散射场并进行特性分析，通过分析RCS随视角变化研究丛林区域散射对目标识别与跟踪的影响。
　　在SAR/GMTI模式下，进行丛林区域内目标探测时，应选用较低频段，本文主要对雷达工作在P波段时丛林区域散射场进行研究；因为此时雷达波具有较好的穿透作用。在此波段下，丛林叶簇相对树干而言是透明的，因此在建立丛林散射模型时可以将丛林区域看做是由树干组成的。本文分析丛林区域物理模型后，建立对应数学模型构建并进行深入研究，在分析MOM与FDTD在散射场仿真时优缺点后，采用FDTD进行散射场仿真计算。
　　本文通过分析单独树干物理模型从而推出两棵树干组成的散射场模型，文中称其为非独立模型；就建立非独立散射模型主要步骤可以分为三步。第一步分析非独立模型结构；包含树干，土壤，自由空间介质。建立非独立树干物理模型。第二步建立数学仿真模型；首先要分析数值稳定性；在进行时间间隔，空间间隔，离散网格确定等数值设定时，由于入射波频率，散射目标精确度，以及FDTD本身条件限制，如果不进行精确分析计算，会对后续时间步，内存估计等造成很大影响，导致仿真误差太大或者程序崩溃。其次完成吸收边界设置；根据本文模型构建，为更好进行土壤凋落波的吸收采用GPML边界条件，并分析其与PML，Mur吸收边界条件的不同。最后要进行激励源设置；首先选用基于SAR/GMTI模式下典型线性调频波(LFM)，分析LFM与正弦波时频特性；然后由连接边界处引入到总场区，在场区中按照时间步推进各网格点得到激励源值，由此完成非独立模型数学模型建立。最后一步是在软件平台上按照数学模型计算步骤完成非独立散射模型仿真。
　　通过分析非独立模型近场幅值和相位图，并与单独树干近场仿真图进行对比研究，得出非独立模型散射场回波中除却树干各自回波信息，还夹杂有树干相互作用形成的回波信息，称其为二次散射回波信息。
　　由此可以延伸之较大面积内丛林区域的仿真，通过构建丛林区域模型研究其近场散射信息，可以看出丛林区域树干之间相互作用更为复杂，为更好的研究丛林区域散射特性，进行了近场外推从而得到远场散射信息，到此完成丛林区域散射场的计算。根据获得的远场数据计算可得散射场RCS，并分析其随视角的变化，更为完整的得到丛林区域散射回波特性。在文章最后完成隐蔽于丛林中目标(坦克)散射场仿真，通过分析分析幅值，相位和RCS变化，验证丛林区域散射对于目标探测有遮挡作用，实际探测时，若忽略丛林散射回波，则在目标成像时会由于树干作用形成的虚假目标影响判断目标位置等信息。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状及动态

1.3 本文主要工作

第2章 散射场主要算法分析

2.1 引言

2.2 电磁散射基本算法

2.3电磁散射FDTD基本形式

2.4本章小结

第3章 非独立树干模型构建与散射特性分析

3.1 引言

3.2非独立树干物理模型构建

3.3 FDTD构建散射模型数值条件

3.4非独立模型仿真

3.5 非独立模型仿真结果及近场特性分析

3.6 本章小结

第4章 丛林区域模型构建与特性分析

4.1引言

4.2丛林区域模型仿真

4.3 丛林区域近远场变换理论及远区RCS

4.4远区RCS分析

4.5 本章小结

第5章 丛林散射对SAR/GMTI目标探测的影响

5.1 引言

5.2 坦克探测环境模型构建

5.3 坦克探测环境近场仿真结果

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1

附录2