多成像模式下舰船目标SAR成像仿真

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.02.015

现代防御技术 ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (2): 113-120.DOI: 10.3969/j.issn.1009-086x.2022.02.015

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多成像模式下舰船目标SAR成像仿真

张寅, 范君杰, 闫钧华, 章琪琪, 夏翀翔

^1.南京航空航天大学，空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，江苏南京 211106
^2.南京航空航天大学，航天学院，江苏南京 211106

收稿日期:2021-09-02 修回日期:2021-12-28 出版日期:2022-04-28 发布日期:2022-04-29
作者简介:张寅（1986-），男，江苏镇江人。副教授，博士，主要从事天基光电探测成像仿真与处理。通信地址：211106 江苏省南京市江宁区将军大道 29 号 E-mail：zhangyin1986@nuaa.edu.cn
基金资助:
中央高校基本科研业务费资助(NJ2020021);中央高校基本科研业务费资助(NT2020022);国家自然科学基金资助(61705104);江苏省自然科学基金资助(BK20170804)

SAR Imaging Simulation of Ship Target in Multi-Imaging Mode

Yin ZHANG, Jun-jie FAN, Jun-hua YAN, Qi-qi ZHANG, Chong-xiang XIA

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，a. Key Laboratory of Space Photoelectric Detection and Perception，Ministry of Industry and Information Technology； b. College of Astronautics，Jiangsu Nanjing 211106，China

Received:2021-09-02 Revised:2021-12-28 Online:2022-04-28 Published:2022-04-29

摘要/Abstract

摘要：

针对典型工作模式下舰船目标SAR（synthetic aperture radar）成像仿真应用，建立了条带模式、聚束模式、扫描模式下电磁信号发射与回波传输模型。基于面元法将舰船目标三维模型划分为多个三角形面元，利用弹跳射线法计算舰船目标各面元的一次散射和多次散射，仿真SAR回波信号。采用距离多普勒成像算法消除回波混叠，得到SAR仿真图像。最后，对舰船目标进行多成像模式、多成像角度的仿真实验，并将仿真图像和哨兵一号A星的实测图像进行对比。仿真结果表明，提出的方法能仿真较为真实的舰船目标SAR图像。

关键词: 合成孔径雷达, 成像仿真, 舰船目标, 弹跳射线法, 距离多普勒, 面元法

Abstract:

Aiming at the SAR （synthetic aperture radar） imaging simulation application of ship targets in typical working modes， the electromagnetic signal emission and echo transmission models in strip mode， spotlight mode， and scan mode are established. Based on the panel method， the three-dimensional model of the ship target is divided into multiple triangular panels. The Shooting and Bouncing Ray algorithm is used to calculate the primary scattering and multiple scattering of each panel of the ship target， and the SAR echo signal is simulated. The range-Doppler imaging algorithm is used to eliminate echo aliasing and obtain SAR simulation image. Simulation experiments of multiple imaging modes and multiple imaging angles are performed on the ship target， and the simulated images are compared with the actual image of Sentinel-1A. The simulation results show that the proposed method can simulate more realistic SAR images of ship targets.

Key words: synthetic aperture radar（SAR）, imaging simulation, ship target, shooting and bouncing ray, range-Doppler, panel method

中图分类号:

TN957.52

张寅, 范君杰, 闫钧华, 章琪琪, 夏翀翔. 多成像模式下舰船目标SAR成像仿真[J]. 现代防御技术, 2022, 50(2): 113-120.

Yin ZHANG, Jun-jie FAN, Jun-hua YAN, Qi-qi ZHANG, Chong-xiang XIA. SAR Imaging Simulation of Ship Target in Multi-Imaging Mode[J]. Modern Defense Technology, 2022, 50(2): 113-120.

图/表 11

图1 典型SAR成像模式

Fig.1 Typical SAR imaging modes

图2 SAR成像几何关系图

Fig.2 SAR imaging geometry

图3 SAR扫描模式时序关系图

Fig.3 Time sequence of SAR scanning mode

图4 RD成像算法流程图

Fig.4 Flow chart of RD imaging algorithm

图5 驱逐舰三维模型及其面元划分

Fig.5 3D model and surface segmentation of a destroyer

表1 SAR成像仿真参数

Table1 Parameters of SAR imaging simulation

SAR平台速度

v/（m·s ^-1）

飞行高度

h/km

俯角

θ/（°）

图6 多成像模式仿真图像及其回波数据

Fig.6 Simulated images and echo data of multi-mode SAR

图7 多成像角度仿真图像

Fig.7 Simulated SAR images of multiple angles

图8 考虑/未考虑多次散射效应的仿真图像

Fig.8 Simulated images with/without considering multiple scattering effects

图9 SAR实测图像和仿真图像

Fig.9 Comparison of measured and simulated SAR images

表2 哨兵一号A星部分成像仿真参数

Table 2 Some parameters of Sentinel-1A satellite for SAR imaging simulation

SAR平台速度

v/（m·s ^-1）

飞行高度 h/km

俯角

θ/（°）

参考文献 16

1	吴金涛，武锦龙，赵耀. 距离多普勒算法在合成孔径雷达应用研究［J］. 中国科技博览， 2015， 24（ 2）： 162- 163.
	WU Jin-tao， WU Jin-long， ZHAO Yao. Application Research of Range Doppler Algorithm in Synthetic Aperture Radar ［J］. China Science and Technology Expo， 2015， 24（ 2）： 162- 163.
2	曾乐天. 机载高分辨聚束SAR成像及运动补偿算法研究［D］. 西安：西安电子科技大学， 2016.
	ZENG Le-tian. Research on Imaging and Motion Compensation Algorithm of Airborne High-Resolution Spotlight SAR ［D］. Xi'an： Xidian University， 2016.
3	武青青. 基于散射模型的SAR成像算法研究［D］. 西安：西安电子科技大学， 2015.
	WU Qing-qing. Research on SAR Imaging Algorithm Based on Scattering Model［D］. Xi'an： Xidian University， 2015.
4	JONES B， AHMADIBENI A， BEARD M， et al. Physics-Based SAR Modeling and Simulation for Large-Scale Data Generation of Multi-Platform Vehicles for Deep Learning-Based ATR ［M］. Dynamic Data Driven Application Systems， Springer， Cham， 2020.
5	ZHANG Fan， TANG Han-yuan， YIN Qiang， et al. Multiple Mode SAR Raw Data Simulation for GaoFen-3 Mission Evaluation［C］∥ International Geoscience and Remote Sensing Symposium， Fort Worth，USA， 2017： 2097- 2100.
6	姚晓杰. 多模式星载SAR原始数据高性能模拟［D］. 北京：北京化工大学， 2018.
	YAO Xiao-jie. High-Performance Simulation of Multi-Mode Spaceborne SAR Raw Data［D］. Beijing： Beijing University of Chemical Technology， 2018.
7	王万林，谭小敏，田栋轩. 星载滑动聚束SAR的成像性能［J］. 空间电子技术， 2017（ 3）： 20- 26.
	WANG Wan-lin， TAN Xiao-min， TIAN Dong-xuan. Imaging Performance of Spaceborne Sliding Spotlight SAR ［J］. Space Electronics Technology， 2017（ 3）： 20- 26.
8	VACHON P W. Digital Processing of Synthetic Aperture Radar Data：Algorithms and Implementation［J］. Geomatica， 2005， 59（ 3）： 353- 355.
9	SONG Xing-xiu. Analysis of the Reasons Affecting the Simulation Results of SAR Imaging ［C］∥ International Conference on Network-Based Information Systems， Springer， Cham， 2019： 581- 585.
10	Balster Eric J， Kordik Andrew M， Scarpino Frank A， et al. Chirp Pulse Envelope Evaluation for SAR Image Formation［C］∥ IEEE Annual Ubiquitous Computing， Electronics and Mobile Communication Conference， New York，USA， 2017： 567- 570.
11	那洪祥，李梁. 聚束合成孔径雷达高分辨率成像方法研究［J］. 自动化技术与应用， 2019， 38（ 2）： 17- 21.
	NA Hong-xiang， LI Liang. Research on High Resolution Imaging Method of Spotlight Synthetic Aperture Radar ［J］. Automation Technology and Application， 2019， 38（ 2）： 17- 21.
12	纪纲，时立攀. 海面舰船目标SAR雷达成像仿真研究［J］. 电脑编程技巧与维护， 2018（ 3）： 142- 143，166.
	JI Gang， SHI Li-pan. Research on SAR Radar Imaging Simulation of Ship Targets on Sea Surface［J］. Computer Programming Skills and Maintenance， 2018（ 3）： 142- 143，166.
13	FAN Wen-na， ZHANG Min， LI Jin-xing. SAR Imagery Simulation from Complicated Targets Based on Back Projection Algorithm［C］∥ The International Conference on Computational Electromagnetics， Chengdu， 2018： 1- 2.
14	GONG Biao， WANG Yan-jun， CUI Lei， et al. On the Ship Wake Simulation for Multi-Frequncy and Mutli-Polarization SAR Imaging［C］∥ China International SAR Symposium （CISS）， Shanghai， 2018： 1- 6.
15	黄佳琦，祝明波，侯建国，等. 基于二次散射的舰船目标SAR图像仿真［J］. 雷达科学与技术， 2015， 13（ 1）： 37- 43.
	HUANG Jia-qi， ZHU Ming-bo， HOU Jian-guo， et al. Ship Target SAR Image Simulation Based on Secondary Scattering ［J］. Radar Science and Technology， 2015， 13（ 1）： 37- 43.
16	SMITH A M. A New Approach to Range-Doppler SAR Processing［J］. International Journal of Remote Sensing， 1991， 12（ 2）： 235- 251.

[1]	李洋, 梁潇, 贾海萨. 基于知识蒸馏的SAR图像舰船目标检测[J]. 现代防御技术, 2023, 51(4): 78-85.
[2]	解礼. 对SAR地面动目标检测系统的运动调制假目标干扰[J]. 现代防御技术, 2020, 48(4): 86-92.
[3]	周强锋. 融合改进区域生长和图割理论的SAR图像分割[J]. 现代防御技术, 2020, 48(4): 73-77.
[4]	王冠勇, 王风飞, 张磊, 胡庆荣. 机载SAR惯性导航误差快速估计方法[J]. 现代防御技术, 2018, 46(1): 88-93.

多成像模式下舰船目标SAR成像仿真

SAR Imaging Simulation of Ship Target in Multi-Imaging Mode

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