（1）实验原理(限1000字以内)

雷达探测与成像是发射电磁波、雷达天线收集、数字化、存储反射回波、信号处理及成像的过程。随着发射和接收发生在不同的时间，它们映射到不同的位置。接收信号的良好有序的组合构建了比物理天线长度长得多的虚拟光圈，赋予它作为成像雷达的属性。为了产生雷达图像，发送连续的无线电脉冲以“照亮”目标 场景，接收并记录每个脉冲的回波。脉冲被发送，并且使用单个波束形成天线接 收回波，波长为几米至几毫米。合成孔径雷达可以安装在飞机或航天器上，相对 于目标的天线位置随时间而变化，连续记录的雷达回波的信号处理允许从这些多 个天线位置组合记录，该过程形成合成天线孔径并且允许创建比给定物理天线所能获取的更高分辨率的图像。

模拟实际雷达探测流程需要对各类场景与目标进行电磁物理模型构建，完成电磁散射特性计算及成像的全流程仿真。目标的散射特性除了与目标的几何形状、尺寸和入射波长有关外，更与目标表面的粗糙度统计特性、材料的介电特性存在明显的依赖关系。描述物体表面电磁特性常用的概念是雷达截面积（RCS），它表示了雷达波照射到物体表面回波能量的强弱。

目标特性建模算法采用双向射线追踪法（BART）计算电大尺寸三维复杂目标和粗糙面环境的复合电磁散射及其RCS。主要思想是：对构成目标的面元从入射方向和散射的逆方向上均进行几何光学射线束追踪，并记录射线束在面元或边缘上的照射范围，最后对于每个面元或边缘上所记录的任一对正反射线，构造一项由正反追踪路径上的几何光学反射和该面元或边缘的物理光学散射及绕射组成的多次散射项，并计算其对散射场的贡献，实现目标与粗糙面共存问题的复合散射计算。

知识点：共10 个

1)调频连续波；

2)雷达分辨率；

3)雷达方程；

4)雷达硬件系统，包括发射链路、接受链路、天线等

5)距离-多普勒成像算法，包括距离压缩、方位向FFT变换、距离徙动校正、方位向压缩、方位向IFFT变换等；

6)后向投影时域成像算法，包括距离向压缩、距离向插值、后向投影、相干叠加等；

7)距离徙动算法，通过变标处理使得不同距离处目标的距离徙动曲线形状在距离多普勒域上与参考距离处目标一致，然后通过相位相乘即可实现距离方位的解耦合；

8)信号处理技术，包括傅里叶变换和采样方法，实现快速二维傅里叶变换；

9)快速映射投影成像模拟算法（MPA）,用于仿真模拟体/面目标多次散射及投影成像；

10)图像处理技术，使用数字高程模型来测量复杂图像之间的相位差，其由不同的视角确定以恢复高度信息。

（2）核心要素仿真设计（对系统或对象的仿真模型体现的客观结构、功能及其

运动规律的实验场景进行如实描述，限500字以内）

星载雷达探测与成像虚拟仿真实验场景包括：

1、通过虚拟仿真实验“真实”再现雷达安装在卫星上的环境特性，模拟真实场景的雷达系统环境；

2、通过虚拟仿真实验“真实”再现星载雷达观测区域特性，模拟真实场景下星载雷达观测的地面、港口、海面等区域环境；

3、通过虚拟仿真实验“真实”再现星载雷达观测目标特性，模拟真实场景下舰船等海面目标、雷达发射车等地面目标以及森林等目标情况；

4、通过虚拟仿真实验“真实”再现星载雷达的平台参数（高度、距离、方位特性、入射角、方位角、距离分辨率等）特性，模拟真实场景下雷达平台参数的使用情况。

最终综合分析出雷达参数、目标特性、环境特性对现实环境中雷达成像效果影响。

1、实验教学过程：

实验教学过程包括在线实验说明、在线实验指导、虚拟仿真、实验任务完成、实验报告提交、导师批阅成绩等。具体过程为：1）学生进入实验系统，点击在线实验说明并学习；2）进入虚拟仿真并依次完成：雷达环境安装、观测区域设置、目标设置、雷达参数设置；3）实验中， 根据实验要求完成各个参量对观测成像结果的影响，完成实验任务并撰写实验报告；4）最后由教师完成实验报告评阅。

2、实验方法：

实验方法为参变量设置与成像结果分析对比，具体包括：1）设置不同的观测区域，例如港口、海面、地面、丛林等，分析不同观测区域与星载雷达探测与成像结果的关系；2）设置不同目标，例如舰船、建筑物、军用汽车等，分析不同目标与星载雷达探测与成像结果的关系；3）设置不同雷达参数，例如高度、距离、方位特性、入射角、方位角、距离分辨率、功率、波束宽度等，分析不同雷达参数与星载雷达探测与成像结果的关系。

l、港口、地面和海面等观测区域的雷达回波信号与成像效果差异分析；

2、舰船、飞机、地面发射车、植被、建筑物等观测目标的雷达回波信号与成像效果差异分析；

3、雷达参数，包括雷达的带宽、时宽信号参数，方位向和距离向波束宽度、极化等射频参数，高度、距离、方位特性、入射角、方位角、距离分辨率等平台参数等对雷达回波信号与成像效果差异分析；