电磁散射模型辅助下典型地面环境杂波特性与模拟研究

Research on properties and simulation of radar clutters from terrain environments is an important foundation work for modern radar design and signal procession techniques, aimed to accomplish the high-resolution observation to earth and target recognition in strong terrain clutters, etc. Traditional studies on the properties and simulations of the environment clutters are usually based on the experiment data of previous or current radars, which greatly reduces their applications to modern radar design and signal procession techniques. Based on the optimal electromagnetic (EM) scattering models for terrain environments, this project is planned to realize the effective generation of terrain clutters using numerical simulation techniques. Then, statistical parameters are calculated from the generated clutter sample data, through which qualitative and quantitative summary of statistical properties and also a database is built. Finally, engineering algorithms are developed for the clutter analysis and simulation with the statistical models for different terrain types, and comprehensive and systematic clutter simulations of large scenes and different kinds of terrain types are achieved for the requirement of modern radars. The research results not only are of great engineering application value, but show a big significance in the understanding of the mechanism and studies on statistical properties of terrain EM scattering.

典型地面环境雷达杂波的特性研究和模拟是对地高分辨观测、强地面杂波背景下隐身目标探测等现代雷达研制及雷达信号处理技术中一项重要的基础研究工作。传统的杂波特性和模拟研究几乎都是以旧体制或现有雷达的观测数据为基础的，这一现实大大降低了以往研究在现代雷达研制及相应信号处理技术中的指导意义。本项目借助最优典型地面环境电磁散射模型，以数值模拟的手段实现现代雷达要求下地面杂波的有效模拟，并通过对杂波统计特征提取，归纳和整理定性化和定量化的杂波统计特征规律，建立典型地面环境全面系统的杂波统计特性数据集，进而以统计建模的方式建立满足多种条件的典型地面环境杂波特性分析及工程模拟算法，最终实现全面系统地对现代雷达需求下的大场景、多种类型地杂波进行快速有效模拟的目的。研究结果不仅对现代雷达的研制有重要的工程应用价值，同时对地面环境电磁散射物理机理的理解及统计特性的研究亦具有重要的学术意义。

复杂地面环境背景杂波的准确理解及模拟研究是新体制雷达系统研制及雷达信号处理技术领域的重要基础性工作之一，是高性能、智能化探测成像与识别学科中目标识别、环境监测及雷达图像理解的关键技术。本项目旨在解决实际工程中复杂地面环境背景杂波的理解及系统全面模拟等问题，建立满足多种条件下典型地面环境的杂波特性分析及模拟工程算法。为此，项目修正和优化了相关类型地面环境几何及电磁散射模型，建立了小样本典型地面环境杂波仿真的建模方法，广泛展开了不同几何参数和电磁参数下典型地面环境杂波统计特征参数的提取和分析，包括分布类型、分布参数、均值、方差及各段中值等特征数据，以及描述杂波空间相关性的空间相关函数及功率谱函数数据，并分析了地面杂波统计特征的基本规律；开展了基于地面环境杂波统计特性数据集的大场景地面环境杂波快速模拟技术研究，建立了基本地物类型及电磁参数条件下非空间相关型和空间相关型两类地面环境杂波的高效统计建模方法；将二维空间相关地杂波的统计建模方法拓展至三维时空相关海杂波，实现了动态海场景高分辨雷达杂波的快速仿真；基于高分辨ISAR成像及加权子系统评估技术初步完成了对于典型地面环境高分辨电磁散射模型校验和评估；基于FPGA可编程器件，实现了二维地物及三维动态海面雷达杂波的硬件仿真，验证了本项目地面环境杂波统计建模方法的工程应用价值。在雷达技术不断发展和应用要求日益提高的背景下，本项目的研究弥补了传统功能性杂波仿真在高分辨及强杂波背景下目标探测及新体制雷达系统设计和测试等应用中数据成本、模型精度及特征解译方面的不足，对高性能、智能化探测成像与识别等领域相关理论和技术的研究具有重要的工程应用价值和科学意义。