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机载合成孔径雷达海洋场景仿真系统设计与可视化实现

作　者: 李文亭
导　师: 王军锋
学　校: 上海交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 海洋场景 机载SAR 可视化仿真 OpenGL GPU
分类号: V243.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,计算机仿真技术已经成为合成孔径雷达系统设计、运行与应用中非常重要的技术手段。例如,利用合成孔径雷达仿真得到海平面场景的SAR图像可以用来进行多项海洋研究与探测。而科学计算可视化技术将计算机科学计算与计算机图形学可视化结合起来,可以将科学与工程计算中产生的大规模数据转换成图形、图像,以直观的形式表示出来,使人们更直接的观察评估科学计算的过程和结果,达到所见即所得的效果。传统的SAR仿真及成像处理主要是基于科学计算软件的大量数学运算,本文在研究随机海浪理论和海洋三维建模的基础上,深入分析了机载SAR海洋场景的探测机理,设计并编程实现了一个机载SAR海洋场景的可视化仿真系统。本文详细研究了该系统的系统架构、工作流程、各个功能模块的设计思想和相关算法。仿真系统基于C/S架构,客户端基于OpenGL渲染场景,主要包括动态海洋场景绘制、飞机三维模型导入、机载SAR扫描过程模拟、网络通信、SAR回波成像显示、动画录制等模块,可以适应多种工作模式和多种仿真条件,用户可以自定义参数和路径,并选择多种视角观察仿真全过程。服务器端主要负责生成海面高程矩阵和基于GPU的并行计算海洋的SAR仿真回波。系统的运行及仿真结果表明,本系统可以较为逼真的实现机载SAR海洋场景的可视化。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第1章 绪论  7-15
  1.1 引言  7
  1.2 合成孔径雷达国内外研究现状  7-11
    1.2.1 国外的发展  7-9
    1.2.2 国内的发展  9-11
  1.3 科学计算可视化技术  11-12
  1.4 可视化机载SAR 仿真系统的需求  12-13
  1.5 本文主要工作  13-14
  1.6 本章小结  14-15
第2章 随机海浪理论与海洋建模仿真  15-30
  2.1 随机海浪模型  15-19
    2.1.1 Pierson 模型  15-18
    2.1.2 Longuet-Higgins 模型  18-19
  2.2 随机海浪谱理论  19-23
    2.2.1 JONSWAP 谱  20-21
    2.2.2 文氏谱  21-23
  2.3 三维海洋的建模仿真  23-29
    2.3.1 DEM 简介及常用表达方式  23-26
    2.3.2 海洋场景的仿真及改进  26-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 机载SAR 海洋场景仿真  30-43
  3.1 随机海面的雷达散射截面  30-32
  3.2 海面粗糙度函数的统计特性  32-35
  3.3 基于粗糙海面高度频谱函数的雷达后向散射系数计算  35-38
    3.3.1 粗糙海面高度函数及其频谱的表示  36-37
    3.3.2 后向散射系数的计算  37-38
  3.4 机载SAR 海洋场景的回波生成  38-42
    3.4.1 基于散射中心叠加的回波模型  38-40
    3.4.2 海洋场景的SAR 回波信号模型  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章 可视化机载SAR 海洋场景仿真系统的设计与实现  43-69
  4.1 引言  43-44
  4.2 机载SAR 海洋场景仿真系统系统组成与工作流程  44-46
    4.2.1 系统组成  44-45
    4.2.2 系统工作流程  45-46
  4.3 可视化机载SAR 海洋场景仿真系统总体设计  46-48
  4.4 系统功能模块的实现要点  48-67
    4.4.1 海面模型及飞机实体的三维建模  48-49
    4.4.2 场景三维漫游  49-52
    4.4.3 缩略图的绘制  52-53
    4.4.4 SAR 扫描波束模拟  53-54
    4.4.5 网络通信  54-55
    4.4.6 动画录制  55-56
    4.4.7 服务器端基于GPU 的海面场景SAR 回波仿真  56-61
    4.4.8 客户端SAR 回波成像  61-64
    4.4.9 系统测试与海面仿真结果  64-67
  4.5 本章小结  67-69
第5章 总结与展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读学位期间发表或录用的学术论文目录  75-77

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 电子设备 > 航空雷达
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