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 710051）

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～图4所示：

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 SAR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：

对上式进行快速傅里叶逆变换，并将l=ycosθ-xsinθ代入上式：

其中，pθ（l）为沿l分布的投影值，k为空间频率，g^（x，y）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（x，y），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SAR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（CFAR）SAR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：

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：

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 u（x，y）在点（x，y）的梯度为以下向量：

梯度的幅值由下式给出：

3.3 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：

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。