基于Feko三维几何模型的ISAR数据仿真+平板全球快报基于FEKO软件的目标RCS计算及数据分析.docVIP

基于Feko三维几何模型的ISAR数据仿真 罗驳思 ? 复旦大学 计算机科学技术硕士 19 人赞同了该文章 缘起ISAR SAR与ISAR 逆合成孔径雷达 (Inverse?Synthetic?Aperture?Radar, ISAR)是一种可以获取目标图像的雷达，它自合成孔径雷达 (Synthetic?Aperture?Radar, SAR)发展而来。SAR是一种可获取目标图像的雷达，常用于军事领域，如探测敌方的军用基地、坦克等目标；SAR具备多种工作模式，这些模式中均是雷达载体 (如飞机，卫星)在运动，对静止的地面或海面目标成像。ISAR与SAR的主要区别在于，前者要求雷达载体静止不动而目标运动，作为一种主动发射和接收电磁波的雷达，它相比RGB相机有着不受天气、昼夜影响的优良特性，在军事领域有着广泛的应用前景。 SAR成像机制 由于ISAR的主战场在军事领域，获取数据成了一大难题。因此，通过ISAR仿真技术获取目标的回波数据成为解决难题的重要途径。ISAR图像的物理意义，就是目标在成像平面上散射中心的分布。通过对目标建立精确的几何模型，然后用计算电磁学的方法即可计算不同角度、频率等条件下的散射场，进而得到目标的散射系数。在得到目标的散射系数和ISAR发射的信号模型之后，就能得到ISAR回波数据，最后根据ISAR成像算法得到目标的ISAR图像。 ISAR成像机制 三维几何模型和散射场 要想通过仿真的方法得到目标的ISAR图像，就需要对目标进行精准的三维建模，并在此基础上计算该模型的散射场/雷达散射截面 (Radar?Cross?Section, RCS是当目标被电磁波照射时的有效回波面积，也就是在雷达接收机方向目标反射电磁波的能力)。考虑到目标三维结构的复杂性，通常将其剖分成平面三角网格 (面元)后对其做遮挡判断，然后逐一计算其散射场，最后将每个面元的散射场矢量求和得到结果，此即物理光学法 (Physical?Optics)的计算过程。 RCS图像 在实际操作中，我们可以直接从网上下载制作好的3D模型用于实验；RCS的计算可以通过仿真软件Altair Feko实现。 具体流程 参照Feko官网上的ISAR图像生成 demo，确认流程包含两大步骤： 将3D模型转化成RCS数据格式 根据RCS数据格式制作ISAR图像 2. 搜集3D模型：根据Feko user guide的提示，CADFEKO支持导入两类3D模型：geometry和mesh，geometry和mesh支持导入的3D模型格式分别如下表1和表2所示： 表1. CADFEKO支持的geometry格式表2. CADFEKO支持的mesh格式 我由此在网上选择了LAK-11的geometry模型(.step格式)试手： LAK-11飞机.step格式的模型可视化效果 3. 在CADFEKO中导入3D模型，依照demo和user guide的指导，设置Frequency： 设置frequency 设置Plane Wave Source： 设置source 设置Far Field： 设置far field 然后用Union和Stitch把geometry model合并成一个。 TIP：这里不一定是直接把整个模型合并成一个union/stitch，如果3D模型本身存在一些几何冲突/重叠，可以先把它划分成几部分不会产生几何问题的模块。 4. 设置model extent: 设置model extent 简化模型几何结构 (Transform--Simplify? Transform--Repair)。 设置mesh： 设置mesh 然后对各个部件生成mesh，效果如下图所示： 6部分mesh组合结果：机翼x2+机身+尾翼x3 然后去除mesh中的冗余部分 (Mesh--Repair??Delete)。 设置Solver settings: 设置solver setting 运行solver。 这里让solver不报错，有几个要点： 去掉geometry mesh中的几何结构问题，避免triangle发生冲突 设置合适的frequency extent mesh size，避免triangle面积过大/过小，也应注意避免计算时间过长/内存不够用的问题 5. 把CADFEKO的结果导入POSTFEKO，然后运行demo中的lua脚本生成ISAR图像，如下图所示： ISAR图像 参考文献 [1]谭小龙，逆合成孔径雷达图像仿真与目标识别技术研究[D]，合肥：安徽大学，2020. [2]Altair Engineering Inc., Altair Feko 2020 User Guide[Z].