舰船尾迹SAR成像仿真及目标检测方法研究
发布时间：2021-02-10 22:02
高分辨率合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）探测技术因其具有全天时、全天候、大范围、多参数等特点,在海洋复杂环境下能够实现对各类目标的宏观、长期、连续、动态的观测,是海洋船只监测最有效的手段之一。但在实际情况下,运动舰船在SAR图像中往往会出现位置偏移和模糊,同时在军事领域的应用中,隐身技术的快速发展也给SAR图像船只监测带来了一定的困难。考虑到以上问题,通过舰船尾迹的特征间接地检测舰船目标成为一种切实可行的办法。本文针对海面舰船尾迹的SAR探测过程及目标检测方法开展了系统的研究,首先根据Kelvin尾迹的水动力模型,计算了简单Wigley船体在不同航速下的尾迹波几何形态,并基于海谱模型、涌浪模型和线性滤波法,实现对线性海面的形态建模,再基于高阶非线性波理论描述海面非线性特征,并与尾迹波进行叠加,进而模拟船舶在海面航行时的留下的Kelvin尾迹形态。针对尾迹目标的SAR成像仿真问题,本文在复合表面散射理论的基础上,通过借助一阶微扰模型和基尔霍夫近似模型建立了用于分析大规模海面电磁散射特性的面元散射模型。该模型的计算结果表明,海面尾迹复合结构电磁散射分...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Kelvin尾迹波形特征
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-设船舶以速度vs沿x轴正向航行，航行过程中的“自由”表面波沿与x轴夹角为θ的各个角度传播，Kelvin尾迹波形可以通过叠加所有这些平面波来实现。假如把所研究的船舶目标简化为一个吃水线为抛物线形状的简单细长型船体（也叫做Wigley船型），即可得到波高的如下简化形式[82]：2/2/22d)]sincos(secsin[)]secexp(1[4),(yxdlbyx(2-1)式中，b,l,d分别代表船舶的半船宽、半船长和吃水深度；μ=g/vs2,g为重力加速度；α为尾迹传播方向与x轴正向的夹角。如果考虑水的粘滞作用及船体长度带来的影响，可以将积分分解为船首和船尾两部分，叠加后的Kelvin尾迹波面高程表示如下[82]：),(),(),(),(),(1100xyxyxylxClyylxCl(2-2)对于上式，有：2/2/22022d)]sincos(secsin[)]secexp(1[4),(yxkklkdlkbyx2/2/22122d)]sincos(seccos[cos)]secexp(1[4),(yxkkdlkbyx式中，C为粘性拖动系数，本文取0.6。图2-2计算海域示意图接下来进行Kelvin尾迹的计算，参考XX级航母的型号参数，取半船长l=158.5m，半船宽b=20.4m，吃水深度d=11.3m，整体简化为Wigley船型。构建
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-海平面二维坐标系X-Y，如图2-2所示，舰船中轴线与y轴重合，航行方向为y轴负方向，计算海域取A-B-C-D-A，面积为256m×256m，位于舰船右侧。首先，不考虑水的粘滞作用，根据式2-1，分别取舰船航行速度为3m/s，5m/s，10m/s和15m/s四种情况进行计算，结果如图2-3所示，这里设图2-2中D点为原点，取x轴和y轴上等间隔的256个点生成网格，离散间隔为1m。a.vs=3m/sb.vs=5m/sc.vs=10m/sd.vs=15m/s图2-3不同航速下舰船Kelvin尾迹波高从上图可以看出，整体上Kelvin尾迹的波幅和波长均随着船速的增加而显著增大。从细节上看，分歧波沿y方向传播而横断波沿x方向传播，这两个波系都呈现出明显的周期特征，这种现象与实际情况相符。在船行波的组成中，横断波在相对低的船速下呈现比较明显的纹理特征，而随着航速的增大，Kelvin尾迹则更加明显的表现出分歧波的特征。
本文编号：3028060
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Kelvin尾迹波形特征
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-设船舶以速度vs沿x轴正向航行，航行过程中的“自由”表面波沿与x轴夹角为θ的各个角度传播，Kelvin尾迹波形可以通过叠加所有这些平面波来实现。假如把所研究的船舶目标简化为一个吃水线为抛物线形状的简单细长型船体（也叫做Wigley船型），即可得到波高的如下简化形式[82]：2/2/22d)]sincos(secsin[)]secexp(1[4),(yxdlbyx(2-1)式中，b,l,d分别代表船舶的半船宽、半船长和吃水深度；μ=g/vs2,g为重力加速度；α为尾迹传播方向与x轴正向的夹角。如果考虑水的粘滞作用及船体长度带来的影响，可以将积分分解为船首和船尾两部分，叠加后的Kelvin尾迹波面高程表示如下[82]：),(),(),(),(),(1100xyxyxylxClyylxCl(2-2)对于上式，有：2/2/22022d)]sincos(secsin[)]secexp(1[4),(yxkklkdlkbyx2/2/22122d)]sincos(seccos[cos)]secexp(1[4),(yxkkdlkbyx式中，C为粘性拖动系数，本文取0.6。图2-2计算海域示意图接下来进行Kelvin尾迹的计算，参考XX级航母的型号参数，取半船长l=158.5m，半船宽b=20.4m，吃水深度d=11.3m，整体简化为Wigley船型。构建
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-海平面二维坐标系X-Y，如图2-2所示，舰船中轴线与y轴重合，航行方向为y轴负方向，计算海域取A-B-C-D-A，面积为256m×256m，位于舰船右侧。首先，不考虑水的粘滞作用，根据式2-1，分别取舰船航行速度为3m/s，5m/s，10m/s和15m/s四种情况进行计算，结果如图2-3所示，这里设图2-2中D点为原点，取x轴和y轴上等间隔的256个点生成网格，离散间隔为1m。a.vs=3m/sb.vs=5m/sc.vs=10m/sd.vs=15m/s图2-3不同航速下舰船Kelvin尾迹波高从上图可以看出，整体上Kelvin尾迹的波幅和波长均随着船速的增加而显著增大。从细节上看，分歧波沿y方向传播而横断波沿x方向传播，这两个波系都呈现出明显的周期特征，这种现象与实际情况相符。在船行波的组成中，横断波在相对低的船速下呈现比较明显的纹理特征，而随着航速的增大，Kelvin尾迹则更加明显的表现出分歧波的特征。
本文编号：3028060
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