海面舰船目标雷达回波中多径延迟量概率模型研究

The multipath propagation from ocean surface is a familiar phenomenon in the radar echoes of an ocean ship. It may generate some ghosts in the High Resolution Range Profiles(HRRP) and Synthetic Aperture Radar(SAR) or Inverse SAR(ISAR) images, and affect the feature extraction and object recognition. The recent studies on the phenomenon are carried out in two ways. The one with the methods of parameter estimation is based on the flat surface assumption, which is sometime inaccurate. The other with the methods of electromagnetic simulations lacks the access to the scattering details. Thus, the applicants proposed a probability model of the multipath delays of the scattering centers on the rough surface, based on the Kirchhoff approximation and an elevation-slope probability density function of the ocean surface. In the project, the validity and adaptability of the model are firstly tested through electromagnetic simulations. The model simplification is then carried out. And by the way of parameter fitting, an analysis is put forward on the influence of the main factors. After that, the model is used to suppress or utilize the multipath ghosts in the profiles and images. And finally, a whole methodology is put forward to assess the effect of the phenomenon under different ocean conditions and to suggest the proper methods for signal and image processing.

在海面舰船目标的雷达回波中，往往存在由海面散射产生的多径传播信号。这些信号会在舰船一维距离像或合成孔径/逆合成孔径雷达像中形成一些伪像，对特征参数提取和目标辨识造成影响。在现有的多径效应研究工作中， 基于水平海面假设的参数估计方法难以适应真实粗糙海面的复杂情况，基于电磁建模仿真的方法缺乏从散射细节开展研究的有效途径。为此，项目申请人在海面满足基尔霍夫近似条件并且波高和斜率具有某种联合概率分布的假设下，建立了粗糙面上方散射中心雷达回波中多径延迟量的概率模型。本项目将首先利用电磁仿真数据对模型的有效性和适应性进行验证，然后通过适当的近似简化模型表达，并利用参数拟合手段分析该模型的主要影响因素。在此基础上，利用该模型研究海面舰船HRRP和SAR/ISAR图像中多径伪像的抑制或利用算法，并最终形成一整套方法，用于评估不同海况条件下多径效应的影响程度，指导信号和图像处理方法的选择。

由海面引起的多径散射效应是海面舰船雷达成像中的常见现象。在海面满足基尔霍夫假设条件和特定的波高-斜率联合概率密度函数（PDF）的前提假设下，通过构建散射中心雷达回波多径延迟量的概率模型，可以在二维和三维成像场景下研究粗糙海面的多径传播效应在海面目标一维距离像（HRRP）和合成孔径雷达（SAR）/逆合成孔径雷达（ISAR）图像中的影响。本项目围绕海面目标雷达成像中的多径散射效应开展研究。利用电磁散射建模仿真数据对多径延迟量概率模型进行了验证，通过理论推导和实验分析对概率模型进行了近似和简化，结合实测数据研究了不同海面模型的波高-斜率概率分布，以及海况等级与波高-斜率联合PDF的对应关系，进而分别针对二维和三维场景对海面目标多径传播伪像的形态特征和处理方法进行了研究，初步形成了“海况条件判定—海面模型评估—多径特性分析—处理方法选择”的海面目标雷达成像后处理思路和相应的处理方法。项目研究有助于深入了解粗糙海面舰船目标雷达成像中的多径传播效应及其在HRRP和SAR/ISAR图像中表现出来的概率特性，为衡量多径伪像对目标成像、特征估计以及目标辨识所造成影响以及选择适当的应对策略提供了重要的理论依据。