基于几何模型的复杂目标散射中心参数化建模方法研究

Due to the urgent need for interpretation of high resolution SAR image, this project is going to study the forward parametric modelling for complex target scattering centers given the geometric model. With reference to the existing attributed scattering center models, the parametric model formulation for scattering centers of the major electromagnetic mechanisms including the wedge diffraction and the creeping wave diffraction are going to be constructed after the components decomposition of the complex target and the determination of its strong scattering sources. The method of combining theoretical derivation with data fitting is adopted to derive the parameters of the scattering center parametric models. Meanwhile, the accuracy and conditions of the reconstructed scattering field from the parametric model will be investigated and analyzed. Furthermore, the validity of the parametric model will be examined using the microwave darkroom measuring data (or credible simulation data). The study of forward parametric modelling for complex target scattering centers based on the given geometric model is important to deeply understand the electromagnetic scattering mechanisms of the complex target and the forming process of the SAR characteristics. It is also helpful to lay a solid theoretical foundation for the parametric model of the scattering center. It could provide characteristic parameter data directly to radar target feature database and provide technical support for automatic target identification based on parametric models.

鉴于装备类目标SAR 图像解译的迫切需求，本申请项目拟在前期研究基础上，开展基于几何模型的复杂目标散射中心参数化建模方法研究。通过复杂目标实体部件分解及强散射来源判定，结合已有属性散射中心模型形式，研究主要依据电磁散射机理的参数化模型形式，包括劈形边缘绕射，爬行波曲面绕射等；采用理论推算与数据拟合相结合的方法获取散射中心的参数值；使所建模型能有效重构复杂目标散射场；利用暗室测量数据（或可信的仿真数据）来检验本研究的有效性。研究基于几何模型的复杂目标散射中心参数化正向建模方法，有助于深入理解复杂目标的电磁散射机理、SAR 特性的形成过程，有助于增厚散射中心参数化模型的理论基础；还可为雷达目标特征数据库直接提供特征参数数据，为基于参数化模型的自动目标识别技术研究提供技术支持。

本项目针对雷达目标快速识别和SAR图像解译的迫切需求，力求解决目标识别中复杂目标散射中心模型快速有效构建的问题，开展了基于几何模型的复杂目标散射中心参数化正向建模方法研究。项目主要研究内容包括：复杂目标部件分解及强散射来源判定；散射中心参数化模型形式研究；散射中心参数推算/拟合获取及分析；参数化模型检验与验证；项目突破了目标强散射源分解及其定量表征技术、散射中心模型属性参数正向自动化推算技术，从几何模型出发，正向构建了飞机、舰船和车辆等复杂目标三维全姿态散射中心参数化模型，研制了复杂目标散射中心参数化模型正向自动化建模软件。本项目正向建模的过程和结果都具有清晰的物理含义，模型有效反映了目标的显著几何结构特征，散射中心与目标局部结构有良好的物理对应关系。结合散射中心正向建模精度高、参数物理意义明确的优势，本项目将正向建模方法与SAR目标识别紧密结合，进一步提出并构想了基于散射中心正向建模的分层SAR识别系统。本项目研制的复杂目标散射中心参数化模型正向自动化建模软件及其核心算法国内独有、拥有完全知识产权，该软件具备为目标识别应用快速有效构建目标散射中心模型的能力，可以为目标识别提供具有坚实物理基础的散射中心参数化模型。本项目在暗室测量条件下，验证了正向建模方法和模型的有效性，由目标散射中心参数化模型重构的图像与微波暗室测量结果比对，图像相似度达到80%以上。本项目研制的模型已在合作单位的目标识别研究中获得应用，应用结果表明：基于正向建模模型的目标识别方法提升了在扩展操作条件下的目标识别性能，达到了支撑相关目标识别技术研究的实效，形成了复杂目标散射中心参数化模型快速有效正向建模的能力。结合本项目正向建模方法还有望凝练出一套诊断穿透性强、分析依据明晰的新的散射中心分析与诊断技术，预期该技术将在非合作目标电磁散射中心的分析与诊断过程中发挥重要作用。