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典型隐身目标 SAR仿真与检测
来源:一起赢论文网     日期:2019-01-08     浏览数:319     【 字体:

 (总第 43- )像形状的大小是不一样的,但是在尾喷口,背腹部都会形成较强的辐射源,这对低功率的雷达进行目标识别增加了相应的难度。散射点的分布状况表明在背腹部、尾喷口部位其幅度比较大,范围比较密集,表明该部分的 RCS 值越大,相应的发现概率也会提高。这对隐身飞机的结构改进以及雷达对隐身飞机的预警探测、目标识别具有较强的指导意义。3 隐身目标检测3.1 传统检测方法恒虚警(CFARSAR 图像目标检测是一种基于像素的检测方法,也是目前一种应用比较广泛的方法。其检测原理是通过某一点像素与某一阈值进行对比,从而实现对不同目标的检测。图 7 为其一般通用模型:图 7 CFAR 处理的通用形式通过上图的通用模型可知,其检测关键因素是虚警概率的设置,杂波模型的选取和 CFAR 分类器选取。虚警概率一般为一个固定值,不同的分类器默认检测重点也不一样。3.2 边缘检测方法边缘检测的方法适用于图像的灰度产生急剧变化,在运算过程中先用微分运算抽出图像轮廓,此外,利用边缘增强算子突出局部边缘,然后,通过定义边缘强度设置门限法提取边缘点。一般图像的边缘检测可分为以下 4 步,如图 8 所示:图 8 边缘检测步骤边缘检测算子是利用图像灰度值急剧变化的地方,其导数值也较大的一般原理,用灰度导数的大小来表示灰度变化的方法,在图像处理中应用比较广泛。定义图像 uxy)在点(xy)的梯度为以下向量:△uxy=uxy)鄣x,鄣uxy)鄣yy yT劬[uxxy),uyxy)]T5)梯度的幅值由下式给出:|uxy|= ux2xy+uy2姨(xy) (63.3 仿真与分析依据上节的图像边缘检测方法,对上述 SAR 图像进行仿真,其不同隐身目标图像的仿真结果如图9、图 10 所示:图 9 国外某Ⅰ型战机检测结果图 10 国外某Ⅱ型战机检测结果从仿真结果可以看到不同隐身目标的 SAR 图像边缘检测结果是有明显区别的,能表现出不同飞机的形状,证明该检测方法是有效的,可为雷达发图 5 国外某Ⅰ型飞机 SAR 仿真图像图 6 国外某Ⅱ型飞机 SAR 仿真图像韩昊鹏,等:典型隐身目标 SAR 仿真与检测(下转第 88 页)·83·1567 火 力 与 指 挥 控 制 2018 年 第 9 期达(SAR)成像,给出了隐身目标的 SAR 图像仿真结果。在此基础上,进一步研究了隐身目标 SAR 图像的边缘检测方法,可为快速识别隐身目标的类型提供理论支持与指导。1 隐身目标特性分析本文对同一频率,不同极化方式下的国外新型隐身战机的静态数据库进行仿真计算,选用几何光学法(PO),将姿态角的计算间隔取为 1°,仿真时只需对方位的 0°~180°进行计算,再按照对称原则进行延伸即可获得全空域的数据库,如图 1~4 所示:图 3 L 频段水平极化国外某新型飞机全空域静态 RCSd Bsm)图 4 L 频段垂直极化国外某新型飞机全空域静态 RCSd Bsm)由上图可以看出,无论是水平极化还是垂直极化,飞机目标从不同的探测角度测得的 RCS 大小不同,差异非常明显,头向 RCS 最小,尾部、背腹部较大,在现实情况中,隐身飞机迎着雷达飞,其 RCS 也是最小的,仿真结果是可信的。2 隐身目标 SAR 仿真2.1 S AR 成像算法原理卷积反投影(B- P)算法是重建目标三维反射率分布在平面上的投影,是通过在一定的角度下观察得到的数据,表达式为:Pθ(l=kmaxkmink Gk,θ)expj2πkldk 1g^xy=θmaxθminpθ(ldθ (2)对 上 式 进 行 快 速 傅 里 叶 逆 变 换 , 并 将 l =ycosθ- xsinθ 代入上式:Pθ(l=F-1k·Gk,θ)]=F-1{Fql)]·Fpθ(l)]}=ql*pθ(l) (3g^xy=θ乙Pθ(ycosθ- xsinθ)dθ (4)其中,pθ(l)为沿 l 分布的投影值,k 为空间频率,g^xy)是空间估计函数。BP 成像算法处理步骤如下:1)快速傅里叶变换(IFFT)对 k 进行离散化,令 k=Bn/N,式中 N 是频率步进的点数,再将投影线 l 进行离散化,最后进行傅里叶变换。2)插值对于空间任何一点的g赞(xy),每个 θ 对应不同的 l,在积分过程中投影线 l 又随 θ 角变化,因此,需要进行插值来获得所需要的投影值。3)积分插值后对角度进行积分,就会得到目标的仿真图像。2.2 隐身目标 S AR 仿真结果本文对国外某新型飞机的 SAR 成像进行了仿真和分析,本文使用的 SAR 成像仿真代码是 B- P成像算法,成像中心频率为 10 GHz,天线俯仰角为15°,天线距目标距离为 3 m(天线功率有效,覆盖范围有限,为最大程度地避免杂波、环境等因素的影响,故而设置适当距离),其形成图像如下页图5、图 6 所示。图 5、图 6 说明不同的隐身飞机形成的 SAR 图图 1 国外某新型战机L 波段(1 GHz)水平极化下的 RCS 曲线图 2 国外某新型战机L 波段(1 GHz)垂直极化下的 RCS 曲线·82·1566修回日期:2017- 09- 14基金项目:国家自然科学基金资助项目(61372033)作者简介:韩昊鹏(1990- ),男,山东济南人,硕士研究生。研究方向:雷达目标成像。*摘 要:典型隐身目标 SAR 图像仿真对 SAR 图像解译和目标识别具有重要意义。以国外某新型飞机为例,对隐身目标进行合成孔径雷达(SAR)成像,给出了隐身目标的 SAR 图像仿真结果。在此基础上,进一步研究了隐身目标SAR 图像的边缘检测方法,利用边缘增强算子突出局部边缘,通过定义边缘强度设置门限法提取边缘点,进而为雷达快速识别隐身目标提供理论支持。关键词:隐身目标,SAR,仿真检测中图分类号:TN95TJ01 文献标识码:A DOI10.3969/j.issn.1002- 0640.2018.09.017引用格式:韩昊鹏,张晨新,刘铭,等.典型隐身目标 SAR 仿真与检测[J.火力与指挥控制,2018439):81- 83.典型隐身目标 SAR 仿真与检测 *韩昊鹏,张晨新,刘 铭,童创明(空军工程大学防空反导学院,西安 710051Simulation and Detection of SAR Imager y of Typical Stealth Air cr aftHAN Hao- pengZHANG Chen- xinLIU MingTONG Chuang- mingSchool of Air and Missile DefenseAir Force Engineering UniversityXian 710051ChinaAbstr actSimulation of SAR imagery of typical stealth aircraft is important for SAR imageryinterpretation and target recognition. Taking new aircraft as an examplethe technology of SAR imagerysimulation of Typical Stealth Aircraft is studied and realized in this paperand the results of SARimagery simulation of a stealth plane are given. Moreoverthe edge detection method of stealth targetSAR imagery is studiedEdge enhancement operators are used to highlight local edgesedge points areextractedby defining the edge strength setting threshold methodsthus provide theoretical support forfast identification of radar stealth target.Key wor dsstealth targetsynthetic aperture radarsimulation detectionCitation for matHAN H PZHANG C XLIU Met al. Simulation and detection of SAR imagery oftypical stealth aircraftJ.Fire Control & Command Control2018439):81- 83.0 引言随着科技的飞速发展,军事斗争已形成了陆、海、空、天以及电磁等多维空间作战样式,隐身飞机不仅具有极高的突防能力和攻击能力,并且能降低在航行过程中的目标特性,成为各国军事专家的研究热点。典型隐身目标 SAR 图像仿真对隐身目标的识别具有重要意义,可为雷达识别提供理论支持。仿真 SAR 图像不仅使人们理解 SAR 成像中电磁波与目标的相互作用机理,也能建立丰富的目标数据库进行目标识别,从而促进 SAR 图像目标识别技术的发展。此外,对隐身目标的 SAR 识别来说,SAR 图像仿真本身对于雷达识别双方来说,都是不可或缺的关键因素,也是目标识别过程中的关键环节。对隐身飞机的散射特性研究,国内基本集中在雷达的散射截面(RCS)计算以及分析方面。以国外某新型飞机为例,本文对隐身目标进行合成孔径雷(总第 43- ) 火 力 与 指 挥 控 制 2018 年 第 9 期图 10 采用本文设计的函数 θ(s)的控制输入但是控制输入中出现跳动。从图 7 和图 8 中可以看出,采用继电特性连续函数 θ(s)时,控制输入较为平滑,但是角速度跟踪效果不太理想,出现超调。从图 9 和图 10 中可以看出,采用本文所设计的近似函数δ(s)时,跟踪效果较好,控制输入较为平滑。综合以上仿真分析结果表明,本文所设计的近似函数可以有效地抑制控制信号的抖振现象,且状态跟踪效果显著,说明本文设计的近似函数以及近似滑模控制方法具有较强的鲁棒性。4 结论本文针对一般的滑模变结构控制方法的不连续和不可导,以二阶非线性系统为研究对象,结合饱和函数以及继电特性连续化函数的特性,提出了一种近似符号函数,设计出近似滑模控制律,有效地抑制了抖振现象,通过 Lyapunov 函数证明了整个系统的稳定性。仿真结果比较可以看出本文所设计的近似滑模控制律消除抖振,跟踪效果显著,鲁棒性强,进而说明本文所设计的方法的优越性。参考文献:[1]胡剑波,褚健.一种连续可导的滑模变结构近似算法及其仿真研究[J.系统仿真学报,2000124):396- 398.2SONG J HSONG S M. Three- dimensional guidance lawbased on adaptive integral sliding mode control J. ChineseJournal of Aeronautics20161):202- 214.3LI Q CZHANG W SHAN Get al. Finite time convergentwavelet neural network sliding mode control guidance lawwith impact angle constraint J. International Journal ofAutomation and Computing20156):588- 599.4]王建敏,董小萌,吴云洁.高超声速飞行器 RBF 神经网络滑模变结构控制 [J. 电机与控制学报,2016585):103- 110.5]汪涛,胡剑波,李飞,等.一类非线性系统的自适应模糊反推近似滑模控制[J.火力与指挥控制,2017422):34- 38.6SHTESSEL Y BBUFFINGTON J M .Continuous slidingmode controlC//ACC' 1998562- 563.(上接第 83 页)sssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss现目标、快速识别目标提供理论支持。4 结论典型隐身目标 SAR 图像仿真对隐身目标识别具有重要意义,可为雷达隐身、反隐身提供理论支持。本文通过目标 SAR 图像的仿真技术,得出了隐身目标 SAR 图像的仿真结果。在此基础上,进一步研究了不同隐身目标 SAR 图像在边缘检测方法下的不同,不仅为雷达检测隐身目标提供了理论支持,而且增强了对敌方飞机的侦测与威胁,在军事国防研究上有着重要应用和研究价值。参考文献:[1]黄培康,殷红成,许小剑.雷达目标特性[M. 北京:电子工业出版社,2005.2]张麟兮,李南京,胡楚峰,等.雷达目标散射特性测试与成像诊断[M.北京:中国宇航出版社,2008.3]计科峰,张爱兵,邹焕新,等. 典型地面车辆目标 SAR 图像仿真与评估[J.雷达科学与技术,201083):222- 228.4]陈一虎.图像边缘检测方法综述[J.宝鸡文理学院学报(自然科学版),2013333):16- 21.5]黄亚林,张晨新,刘凯越.基于动态 RCS 的隐身目标检测研究[J. 微波学报,2017331):58- 62.6]李仁杰,计科峰,邹焕新,等. 基于电磁散射特性计算的目标 SAR 图像仿真 [J. 雷达科学与技术,201085):395- 400.7CARPINTERI ACORNETTI PKOLWANKER K M. Cal-culation of tensile and flexural strength of disordered materi-als using fractional calculus J. ChaosSolitions and Frac-tals2004213):623- 632.8]张晨新,庄亚强,张小宽,等. 动目标雷达散射截面的建模研究[J.现代雷达,20143612):67- 69.9]蒋忠进,赵书敏,耿江东,等.基于雷达成像的地面停留隐身飞机探测.J.雷达科学与技术,2016141):54- 58.10]孙尽尧,孙洪. 自然场景 SAR 图像仿真[J.雷达科学与技术,200314):210- 214.11]贾建科,张麟兮,赵军仓.合成孔径雷达(SAR)实时成像仿真研究[J.计算机仿真,20062311):15- 18.·88·1572

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