機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)模擬

賈 麗 賈 鑫 許小劍 何永華(裝備學(xué)院 北京 101416)(北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院 北京 100191)

機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)模擬

賈 麗*①賈 鑫①許小劍②何永華①①(裝備學(xué)院 北京 101416)②(北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院 北京 100191)

該文研究機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)模擬方法，建立了機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR散射回波信號(hào)模型，在同一參考時(shí)間窗下對(duì)不同的目標(biāo)分別進(jìn)行SAR原始回波數(shù)據(jù)生成，并通過(guò)矢量疊加得到機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景的SAR原始回波數(shù)據(jù)。文中對(duì)駐泊飛機(jī)目標(biāo)與機(jī)場(chǎng)背景、建筑物與機(jī)場(chǎng)背景的多徑散射效應(yīng)和遮擋效應(yīng)進(jìn)行了分析，結(jié)合各自散射特性建立了耦合散射模型和SAR原始信號(hào)模型，給出了場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)生成計(jì)算流程。SAR原始回波數(shù)據(jù)仿真和成像結(jié)果驗(yàn)證了模擬方法的正確性。

合成孔徑雷達(dá)(SAR)；原始數(shù)據(jù)模擬；機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景；多徑散射；遮擋

1 引言

隨著合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)的發(fā)展，SAR原始數(shù)據(jù)模擬技術(shù)也迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。目前，點(diǎn)目標(biāo)和分布目標(biāo)的SAR原始數(shù)據(jù)模擬技術(shù)已較為成熟[1－4]，但對(duì)包含多種類型目標(biāo)的復(fù)雜場(chǎng)景尤其是綜合考慮目標(biāo)與背景之間耦合散射效應(yīng)的研究較少?；谡鎸?shí)場(chǎng)景的 SAR圖像模擬雖能得到復(fù)雜場(chǎng)景的SAR圖像，但僅能近似用于對(duì)SAR系統(tǒng)性能的研究，而不適用于對(duì)場(chǎng)景中各目標(biāo)散射機(jī)理的研究。文獻(xiàn)[5]提出了基于疊加原理的 SAR原始數(shù)據(jù)模擬方法，對(duì)以均勻分布的地形場(chǎng)景為背景，若干相似小目標(biāo)體分布的復(fù)雜場(chǎng)景的 SAR原始數(shù)據(jù)模擬進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[6]給出了一種IFSAR模擬器，能夠獲得多種類型目標(biāo)分布的人造3維場(chǎng)景的機(jī)載SAR回波數(shù)據(jù)；文獻(xiàn)[7,8]研究了基于3-D模型的自然場(chǎng)景SAR回波信號(hào)生成方法；文獻(xiàn)[9]對(duì)包含真實(shí)場(chǎng)景和面目標(biāo)假設(shè)的人造目標(biāo)的復(fù)雜場(chǎng)景 SAR原始數(shù)據(jù)模擬進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[10]基于真實(shí)的SAR圖像數(shù)據(jù)研究了擴(kuò)展場(chǎng)景的 SAR 回波信號(hào)生成方法；文獻(xiàn)[1,4－7]雖對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行了 SAR回波數(shù)據(jù)模擬，但未考慮人造目標(biāo)與背景場(chǎng)景復(fù)雜的耦合散射特性，而人造目標(biāo)與背景的耦合散射的仿真是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)逼真模擬的關(guān)鍵技術(shù)之一。文獻(xiàn)[11]中提出的彈跳射線法(Shooting-and-Bouncing Ray, SBR)雖能解決復(fù)雜目標(biāo)及其背景之間的多徑散射計(jì)算，但針對(duì)尺寸較大目標(biāo)其計(jì)算量較大，因而難以在大場(chǎng)景SAR信號(hào)模擬中應(yīng)用。針對(duì)海面復(fù)雜場(chǎng)景SAR回波數(shù)據(jù)仿真，文獻(xiàn)[12,13]基于多徑散射模型建立了海面艦船目標(biāo)的 SAR回波信號(hào)模型，生成了包括來(lái)自船體本身以及船體與海面多徑散射的SAR回波數(shù)據(jù)，為解決目標(biāo)與地面背景的多徑散射回波信號(hào)模擬提供了有效的思路。

本文對(duì)以地面自然場(chǎng)景和機(jī)場(chǎng)跑道為背景、駐泊飛機(jī)目標(biāo)和建筑物為人造目標(biāo)的機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景的 SAR原始數(shù)據(jù)模擬進(jìn)行研究。在分析機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景 SAR散射回波構(gòu)成的基礎(chǔ)上，建立機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景 SAR回波信號(hào)模型，根據(jù)各目標(biāo)的散射特性建立各目標(biāo) SAR回波信號(hào)生成模型，并通過(guò)矢量疊加得到機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)，最后數(shù)值仿真實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景 SAR原始數(shù)據(jù)模擬及成像，并對(duì)目標(biāo)的SAR圖像特征進(jìn)行分析。

2 機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR散射回波模型

假設(shè)機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景由背景、駐泊飛機(jī)目標(biāo)及建筑物組成，其SAR成像幾何關(guān)系如圖1所示。OXYZ為固定參考坐標(biāo)系，載機(jī)在高度H處以速度va平行于Y軸飛行，θ為雷達(dá)下視角，?為斜視角，R0為合成孔徑中心時(shí)刻載機(jī)與參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的斜距， otaxtaytazta和 otbxtbytbztb分別為駐泊飛機(jī)目標(biāo)和建筑物的本體坐標(biāo)系。

雷達(dá)成像中，雷達(dá)接收到的回波是對(duì)目標(biāo)電磁散射場(chǎng)的持續(xù)測(cè)量，根據(jù)麥克斯韋方程和SAR系統(tǒng)特性，雷達(dá)接收到目標(biāo)寬帶頻域回波信號(hào)可記為[14]：

式中， k=(2πf) /co, f 為發(fā)射信號(hào)頻率，co為光速。P0(f-fc)E (f , tn)代表了雷達(dá)射頻帶寬范圍內(nèi)的目標(biāo)散射總場(chǎng)，其以參考坐標(biāo)系原點(diǎn)為相位中心， RO(tn)為方位向采樣tn時(shí)刻雷達(dá)到參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的斜距， exp [- j2 k RO(tn)]為雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引入的包含多普勒調(diào)制的延遲相位。

圖1 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景SAR成像幾何Fig. 1 Geometry of SAR imaging for the complex airport scene

對(duì)于含有多個(gè)目標(biāo)的復(fù)合場(chǎng)景，其目標(biāo)散射總場(chǎng)可以認(rèn)為是各個(gè)目標(biāo)的散射場(chǎng)的矢量和，可表示為：

式中， Eoi(f, tn)表示目標(biāo)i以本體坐標(biāo)系原點(diǎn)為相位中心的散射場(chǎng)，δri(tn)為方位采樣tn時(shí)刻，雷達(dá)電磁波從目標(biāo)本體坐標(biāo)系原點(diǎn)傳播到參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度。

即對(duì)于機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景，雷達(dá)接收到的場(chǎng)景寬帶頻域回波信號(hào)可表示為：

其中，Sbg(f , tn),Sa(f, tn)和Sb(f , tn)分別表示機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景中的背景、駐泊飛機(jī)目標(biāo)和建筑物的寬帶雷達(dá)頻域回波信號(hào)，δrbg(tn),Δra(tn)和Δrb(tn)表示為：

對(duì)式(3)做距離向逆傅里葉變換即可得到復(fù)合場(chǎng)景寬帶雷達(dá)時(shí)域回波信號(hào)：

式中，τ和tn分別表示快時(shí)間和慢時(shí)間采樣，sbg(τ ,tn), sa(τ ,tn)和sb(τ,tn)分別為機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景背景、駐泊飛機(jī)目標(biāo)和建筑物的時(shí)域回波信號(hào)。

機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景中各目標(biāo)并不是孤立存在的，人造目標(biāo)與背景之間存在復(fù)雜的耦合效應(yīng)，主要表現(xiàn)為背景對(duì)人造目標(biāo)的多徑散射及人造目標(biāo)對(duì)背景散射的遮擋。即式(7)中，sa(τ ,tn)由飛機(jī)目標(biāo)的直接散射回波以及飛機(jī)與背景之間的多徑散射回波組成；sb(τ ,tn)包括建筑物的直接散射回波和墻體與背景之間的多徑散射回波，sbg(τ ,tn)為考慮了人造目標(biāo)遮擋的背景散射回波。因此，機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景的 SAR原始數(shù)據(jù)可通過(guò)分別對(duì)場(chǎng)景中的各類型目標(biāo)的 SAR原始數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬再將各目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量疊加得到，模擬流程可如圖2所示。

圖2 機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)模擬流程Fig. 2 SAR raw data simulation process of the airport scene

3 人造目標(biāo)SAR原始回波數(shù)據(jù)生成

3.1 人造目標(biāo)SAR回波信號(hào)模型

機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR成像幾何關(guān)系如圖1所示，假設(shè)人造目標(biāo)本體坐標(biāo)系為 otxtytzt，目標(biāo)相位中心ot在參考坐標(biāo)系下的位置矢量為rt，根據(jù)式(3)，人造目標(biāo)寬帶雷達(dá)頻域回波信號(hào)表示為：

其中： P0(f-fc)Et(f , tn)代表目標(biāo)本體坐標(biāo)系下雷達(dá)射頻帶寬范圍內(nèi)的目標(biāo)散射總場(chǎng)， RO(tn)為方位向采樣tn時(shí)刻雷達(dá)到參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的斜距，Δ rt(tn)表示電磁波由目標(biāo)相位中心到參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的傳播路徑長(zhǎng)度，可表示為：

在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下，式(8)中的相位項(xiàng)可合并，式(8)可重新寫為：

式中， Rt(tn)表示方位采樣tn時(shí)刻雷達(dá)到目標(biāo)相位中心的斜距。

對(duì)式(10)作距離向的逆傅里葉變換即可得到人造目標(biāo)寬帶雷達(dá)時(shí)域回波信號(hào)：

根據(jù)式(10)和式(11)，人造目標(biāo)的SAR時(shí)域回波信號(hào)計(jì)算流程如圖3所示。

即對(duì)于駐泊飛機(jī)目標(biāo)和建筑物，SAR回波信號(hào)的模擬均可按照?qǐng)D3所示流程進(jìn)行，但是由于目標(biāo)類型的差別，常采用不同的多經(jīng)散射模型及計(jì)算方法計(jì)算目標(biāo)散射總場(chǎng)。

3.2 駐泊飛機(jī)目標(biāo)多徑散射模型

雷達(dá)以一定的擦地角照射到駐泊飛機(jī)目標(biāo)場(chǎng)景時(shí)，雷達(dá)接收到的主要的散射回波路徑如圖 4所示[13]，路徑1為直接散射路徑，路徑2和路徑3為經(jīng)地面1次反射的散射路徑，路徑4為經(jīng)地面 2次反射的散射路徑。式(10)中的散射總場(chǎng)以目標(biāo)本體坐標(biāo)系原點(diǎn)為相位中心，可以表示為[15]：

式中，ρg為跑道對(duì)電磁波的復(fù)反射系數(shù)；k= 2π fλ為波數(shù)，E01(f, tn), E02,3(f, tn), E04(f,tn)分別代表不考慮傳播路徑時(shí)目標(biāo)各路徑散射的復(fù)電場(chǎng)；Ha為飛機(jī)目標(biāo)相位中心離跑道的高度，θg為雷達(dá)入射波的擦地角。其中，E01(f, tn), E04(f, tn)為單站散射，而 E02,3(f, tn)是一個(gè)雙站散射問(wèn)題，可基于單站-雙站等效原理將其等效為一個(gè)單站散射場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算[15]。本文采用北京航空航天大學(xué)遙感特征實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的基于高頻漸近技術(shù)的物理光學(xué)(PO)散射計(jì)算軟件計(jì)算目標(biāo)散射場(chǎng)。

圖3 人造目標(biāo)SAR回波信號(hào)計(jì)算流程Fig. 3 The simulation procedure for the SAR raw date of man-made objects

圖4 駐泊飛機(jī)目標(biāo)多徑散射示意圖Fig. 4 Multipath scattering components for an aircraft over runway surface

在駐泊飛機(jī)目標(biāo)多徑散射模型基礎(chǔ)上，根據(jù)圖3所示人造目標(biāo)SAR時(shí)域回波信號(hào)計(jì)算流程，即可獲得駐泊飛機(jī)目標(biāo)的寬帶時(shí)域回波信號(hào)sa(τ,tn)。

3.3 建筑物多徑散射模型

在本文復(fù)合場(chǎng)景中，假設(shè)建筑物是位于水泥地面上、獨(dú)立于其它建筑物的具有規(guī)則幾何外形的目標(biāo)[16－18]。當(dāng)雷達(dá)照射到建筑物場(chǎng)景時(shí)，雷達(dá)接收到的主要的散射回波路徑如圖 5所示[16,17]。路徑1：“墻面-雷達(dá)”散射路徑，路徑2：“墻面-地面-雷達(dá)”散射路徑，路徑3：“地面-墻面-雷達(dá)”散射路徑，路徑4：“墻面-地面-墻面-雷達(dá)”散射路徑。

圖5 建筑物多徑散射示意圖Fig. 5 Multipath scattering components for a building

文獻(xiàn)[16]基于小平面模型和Kirchhoff近似，給出了建筑物簡(jiǎn)化模型下的各次散射路徑散射場(chǎng)的計(jì)算方法及適用范圍，本文僅引用其結(jié)論，計(jì)算得到建筑物本體坐標(biāo)系下總的散射場(chǎng) Eb(f , tn)為：

其中， Eb1(f , tn), Eb2,3(f ,tn)和Eb4(f, tn)分別表示以建筑物本體坐標(biāo)系原點(diǎn)為相位中心的路徑 1，路徑2或路徑3，路徑4的散射場(chǎng)。

在建筑物多徑散射模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖 3所示人造目標(biāo) SAR時(shí)域回波信號(hào)計(jì)算流程，即可獲得建筑物的寬帶雷達(dá)時(shí)域回波信號(hào)sb(τ ,tn)。

4 背景場(chǎng)景SAR原始數(shù)據(jù)生成

4.1 背景場(chǎng)景SAR回波信號(hào)模型

不失一般性，假設(shè)背景場(chǎng)景坐標(biāo)系與 SAR成像參考坐標(biāo)系OXYZ重合，如圖 1所示，則Δrbg(tn)=0。根據(jù)式(2)和式(3)，背景場(chǎng)景SAR回波信號(hào)可表示為：

其中，P0(f-fc)Ebg(f , tn)代表雷達(dá)射頻帶寬范圍內(nèi)的背景場(chǎng)景散射總場(chǎng)， RO(tn)為方位慢采樣tn時(shí)刻雷達(dá)到參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的斜距。

機(jī)場(chǎng)背景場(chǎng)景是由草地和跑道構(gòu)成的地面場(chǎng)景，一般采用小平面模型[2]來(lái)模擬其散射特性，SAR回波模擬中，把每個(gè)小平面看作一個(gè)散射單元，背景場(chǎng)景的電磁散射是所有散射單元的后向散射相干疊加的結(jié)果：

其中，m為散射單元序號(hào)，γm為m散射單元的復(fù)散射函數(shù)，rm為m散射單元在參考坐標(biāo)系下的位置矢量。

將式(15)代入式(14)得到：

其中， k=2πf /λ, Rm(tn)為方位慢采樣tn時(shí)刻雷達(dá)與第m號(hào)散射單元的斜距。

對(duì)式(16)做距離向逆傅里葉變換即可得到背景場(chǎng)景的時(shí)域回波信號(hào)：

4.2 背景場(chǎng)景散射模型

根據(jù)式(16)和式(17)可知，對(duì)于背景場(chǎng)景的SAR回波信號(hào)生成，首先就要對(duì)背景場(chǎng)景散射函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。文獻(xiàn)[8]研究了基于復(fù)雜自然場(chǎng)景3-D模型的散射函數(shù)的計(jì)算方法，但其僅考慮了孤立自然場(chǎng)景的情況，而在機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景的SAR成像過(guò)程中，人造目標(biāo)會(huì)對(duì)背景散射產(chǎn)生遮擋，使得某些區(qū)域不能被雷達(dá)波照射而在 SAR圖像上呈現(xiàn)為陰影，且對(duì)陰影的模擬是背景場(chǎng)景SAR回波信號(hào)模擬中重要的一部分。本文對(duì)文獻(xiàn)[8]中方法進(jìn)行改進(jìn)得到背景場(chǎng)景散射函數(shù)計(jì)算流程，如圖6所示，此處僅對(duì)改進(jìn)部分即人造目標(biāo)對(duì)背景散射的遮擋函數(shù)的計(jì)算進(jìn)行討論。

由于常規(guī) SAR成像合成孔徑角較小，可認(rèn)為合成孔徑時(shí)間內(nèi)靜止的人造目標(biāo)對(duì)背景散射的遮擋不變。人造目標(biāo)面元對(duì)背景散射單元的遮擋效應(yīng)如圖7所示，被雷達(dá)波照射的面元(如mf)沿雷達(dá)波入射方向在背景表面形成一個(gè)投影區(qū)域，處于該區(qū)域的散射單元(如p)被遮擋，其遮擋函數(shù)值置為0，而沒(méi)有被遮擋的散射單元(如q)的遮擋函數(shù)值置為 1，將人造目標(biāo)的遮擋函數(shù)與孤立場(chǎng)景的遮擋函數(shù)綜合，得到總的遮擋函數(shù)，并參與散射函數(shù)的計(jì)算。

圖6 背景場(chǎng)景散射函數(shù)生成Fig. 6 Scattering function calculation process of background scenes

圖7 目標(biāo)面元對(duì)背景散射點(diǎn)的遮擋Fig. 7 The shadow sheltered from the facet of the 3-D model

5 仿真分析

為了驗(yàn)證本文方法的正確性，針對(duì)不同的仿真條件進(jìn)行了大量的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，這里僅給出部分仿真結(jié)果。SAR系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

駐泊飛機(jī)目標(biāo) B52的 3-D模型及尺寸如圖8(a)所示，相位中心位于參考坐標(biāo)系(0 m, -100 m, 7.75 m)處。建筑物幾何模型如圖8(b)所示，其相位中心位于參考坐標(biāo)系(150 m,- 100 m,0 m)處。背景場(chǎng)景如圖8(c)所示，尺寸為480 m×320 m，相位中心位于場(chǎng)景中心點(diǎn)處。所有成像結(jié)果均利用理想點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行了定標(biāo)處理。

表1 SAR系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置Tab. 1 SAR system parameters

圖9-圖11為不同條件下仿真的典型機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景 SAR原始數(shù)據(jù)經(jīng)成像處理后的圖像。其中，圖9、圖10分別為下視角70°,60°時(shí)正側(cè)視成像的仿真結(jié)果；圖11為下視角60°，斜視角30°時(shí)的仿真結(jié)果。

(1) 目標(biāo)在圖像上的幾何位置：SAR圖像上可看到草坪和跑道分布區(qū)域與圖8(c)所示一致；飛機(jī)目標(biāo)在圖9和圖10中距離向位置分別為-2.8 m和-4.5 m，與根據(jù)飛機(jī)目標(biāo)相位中心在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)進(jìn)行理論計(jì)算得到的理論值-2.82 m和-4.47 m相吻合；建筑物在SAR圖像中的距離向位置為0 m，同樣與理論值0 m相吻合。

圖8 目標(biāo)3-D模型及本體坐標(biāo)系示意圖Fig. 8 The 3-D models and the target-centered coordinate system of objects

圖9 下視角70°，斜視角0°下，機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR圖像Fig. 9 SAR images of the airport complex scene at the down-looking angle 70° and side-looking angle 0°

圖10 下視角60°，斜視角0°下，機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR圖像Fig. 10 SAR images of the airport complex scene at the down-looking angle 60° and side-looking angle 0°

圖11 下視角60°，斜視角30°下，機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景SAR圖像Fig. 11 SAR images of the airport complex scene at the down-looking angle 60° and side-looking angle 30°

(2) 人造目標(biāo)散射特性：飛機(jī)目標(biāo)外形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在高頻區(qū)，B52的SAR圖像表現(xiàn)為多個(gè)散射中心，仿真所得主要的特征點(diǎn)與文獻(xiàn)[19]中的仿真結(jié)果及 MSATR上公開(kāi)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的SAR圖像具有較高的相似度；從建筑物的SAR圖像中，可明顯地看到陰影、頂?shù)椎怪?、迎坡縮短以及多徑散射等特性。建筑物垂直墻面與載機(jī)航跡平行，SAR正側(cè)視時(shí)，垂直墻面與地面的2次散射在垂直墻面墻腳線處疊加，呈現(xiàn)強(qiáng)散射特性如圖9(c)和圖10(c)所示；SAR斜視時(shí)，2次散射貢獻(xiàn)大大減小如圖 11(c)所示，與文獻(xiàn)[16-18]的理論分析及仿真結(jié)果一致。

(3) 人造目標(biāo)的陰影效應(yīng)：由于飛機(jī)目標(biāo)姿態(tài)、散射中心的影響，SAR圖像上飛機(jī)目標(biāo)的陰影不太完整；根據(jù)建筑物的幾何模型理論計(jì)算得到下視角為70°，60°，正側(cè)視成像時(shí)，建筑物陰影最大位置分別為224.9 m, 204.5 m，分別與圖9和圖10中的陰影距離向最遠(yuǎn)處的位置相吻合；圖11中，斜視成像時(shí)，建筑物陰影傾斜角度與理論值吻合；由于建筑物屋頂散射回波和垂直墻面的3次散射回波的影響，陰影區(qū)域距離向起始位置分別為185 m,163 m，且分別與圖9和圖10所示吻合。

6 總結(jié)

本文建立了機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景的SAR回波信號(hào)模型，在充分討論駐泊飛機(jī)目標(biāo)與跑道，建筑物與地面之間的多徑散射效應(yīng)和遮擋效應(yīng)的基礎(chǔ)上，建立了適用于各目標(biāo)的SAR回波信號(hào)生成模型，通過(guò)矢量疊加得到復(fù)合場(chǎng)景的SAR原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了一系列SAR成像實(shí)驗(yàn)及SAR圖像特性分析，結(jié)果表明基于本文方法的機(jī)場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)景的SAR原始數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后的 SAR圖像能夠正確地反映場(chǎng)景目標(biāo) SAR圖像的特征及目標(biāo)特性，證明了本文模擬方法的有效性和正確性。

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賈 麗(1985-)，女，四川西充縣人，裝備學(xué)院在讀博士生，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、雷達(dá)對(duì)抗。

E-mail: yueyaer_jiali@163.com

賈 鑫(1958-)，男，江蘇邳縣人，碩士，現(xiàn)為裝備學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，中國(guó)電子學(xué)會(huì)會(huì)士，北京電子學(xué)會(huì)理事，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)處理、電子對(duì)抗等。

E-mail: 13910413166@163.com

許小劍(1963-)，男，江西人，博士，現(xiàn)為北京航空航天大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楦叻直媛世走_(dá)成像、遙感特征處理及識(shí)別、電磁散射及輻射建模等。

E-mail: xiaojianxu@vip.sina.com

何永華(1981-)，女，天津人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)處理、電子對(duì)抗等。

SAR Raw Data Generation for Complex Airport Scenes

Jia Li①Jia Xin①Xu Xiao-jian②He Yong-hua①①(The Equipment Academy, Beijing 101416, China)②(School of Electronics and Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China)

The method of generating the SAR raw data of complex airport scenes is studied in this paper. A formulation of the SAR raw signal model of airport scenes is given. Via generating the echoes from the background, aircrafts and buildings, respectively, the SAR raw data of the unified SAR imaging geometry is obtained from their vector additions. The multipath scattering and the shadowing between the background and different ground covers of standing airplanes and buildings are analyzed. Based on the scattering characteristics, coupling scattering models and SAR raw data models of different targets are given, respectively. A procedure is given to generate the SAR raw data of airport scenes. The SAR images from the simulated raw data demonstrate the validity of the proposed method.

Synthetic Aperture Radar (SAR); Raw data generation; Airport scene; Multipath scattering; Shadowing

TN951

A

2095-283X(2014)05-0565-09

10.3724/SP.J.1300.2014.14071

2014-04-15收到，2014-09-01改回；2014-09-15網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版國(guó)家部委基金資助課題

*通信作者： 賈麗 yueyaer_jiali@163.com