【最新成果】基于射线弹跳法的海面舰船目标三维散射中心快速建模方法

近年来，中国在东海与南海海域与周边国家之间的摩擦频繁不断。而作为人类海上活动的主要载体和工具，舰船逐渐成为海洋权益保护、预警探测等应用重点关注的目标。随着合成孔径雷达（SAR）等先进设备的应用，全天时、全天候地获取海面高分辨图像，实现各类海面舰船目标的探测与识别成为了可能。为了实现舰船目标的自动识别，或提供辅助识别信息，需要获取各类海面舰船目标的雷达散射特性先验知识，建立目标特性数据库。

图1 合成孔径雷达对海面舰船目标的探测

雷达目标特性数据包括雷达散射截面（RCS）、一维距离像（HRRP）、二维像、散射中心模型等。目标散射中心模型，将目标散射响应描述成一系列离散的点散射源响应的叠加，是目标散射响应的稀疏表达，不但数据量小，而且可重建其它形式的目标特性数据。更重要的是，目标散射中心模型反映了目标的属性特征，与诸如雷达波形、成像分辨率、航迹等参数无关，基于散射中心模型，可结合具体的雷达参数快速生成回波信号或SAR/ISAR图像等数据，具有极大的灵活性。因此，研究散射中心建模方法，对建立低数据量、高可用性的目标特性数据库具有重要的意义。 

图2 散射中心用于目标特性数据压缩与生成示意图

与一维、二维相比，三维散射中心模型给出了目标散射中心空间分布的完整描述，具有稀疏性高、相对不敏感于目标姿态等优点，近年来引起了诸多学者的关注。采用电磁建模手段构建大型海面舰船目标特性数据库是一条比较经济可行的途径，但在现有的两类三维散射中心建模方法中，逆向参数估计方法需要计算高采样率的扫频扫角RCS幅相数据，效率较低；而正向方法只考虑目标自身的散射，建立的散射中心模型不能很好描述具有强目标-环境耦合的海面舰船目标。

图3 海面舰船几何场景示意图

针对现有方法的不足，电磁散射重点实验室闫华等将目标-海面耦合散射的“四路径”模型、随机海面散射修正Fresnel反射系数模型、射线管积分单视角图像生成技术、CLEAN算法等模型或方法相结合，提出了一种海面舰船目标三维散射中心快速建模方法。与传统方法相比，该方法不但具有较高的计算效率，并且正确地预测了舰船-海面耦合散射中心的存在，一维像、二维像的重建精度也比较好。

该工作已发表在《雷达学报》2019年第1期“多点源干扰雷达特性及抗干扰技术”专题“基于弹跳射线法的海面舰船目标三维散射中心快速建模方法”（闫华，陈勇，李胜，胡利平，李焕敏，殷红成）。

图4 全方位海面舰船三维散射中心分布与一维距离像历程图重建效果

图5 正侧向入射时海面舰船三维散射中心分布与二维ISAR像重建效果

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