测量雷达散射截面 (RCS)

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/SAR+Essentials/Measure+Radar+Cross+Section/index.html#/

第 1 课，共 1 课

测量雷达散射截面 (RCS)

在本快速指南中，您将：

•

了解为何 RCS 是评估人造物体（特别是飞机）可探测程度的重要指标。 * •

通过 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 工具打开并显示单视复 (Single Look Complex, SLC) 图像。 * •

在 SLC 图像中的直升机周围绘制感兴趣区域 (ROI)。 * •

为直升机计算 RCS 及其他指标。 * •

在 shapefile 属性表中查看 RCS 值及其他指标。

示例数据

本快速指南中的练习使用俄罗斯顿斯科耶空军基地的 Capella SLC 数据集进行演示。请下载下方的 ZIP 文件，并将其内容解压到您计算机上的一个目录中。

[SAREssentials_RadarCrossSection.zip

26.8 MB

下载箭头下带横线](assets/SAREssentials_RadarCrossSection.zip)

•

文件名：CapellaRussiaAirBase_slc。同时包含相关的 ENVI 头文件 (.hdr) 和 ENVI SARscape 元数据文件 (.sml)。 * •

采集日期：2023年7月14日 * •

处理说明：源数据集是国家图像传输格式 (NITF) 的传感器无关复数据 (SICD) 文件，需要 ENVI NITF/NSIF 模块才能读取。由于并非所有用户都拥有 ENVI NITF/NSIF 模块，我们使用 SAR 基础数据处理 (SAR Basic Data Processing) 工具中的"导入数据 (Imported data)"选项，创建了 SARscape 格式的 SLC 图像，而非 SICD 格式。 * •

来源：Capella 开放数据 (opens in a new tab)，知识共享署名 4.0 国际许可协议 (CC BY 4.0)(opens in a new tab)。源 ID 为 CAPELLA_C08_SP_SICD_HH_20230714095227_20230714095245。

背景

简单来说，一个物体的雷达散射截面 (RCS) 决定了它被雷达系统探测到的可能性。它代表了物体反射回雷达接收器的电磁能量大小。RCS 是国防工业中一项有价值的指标，因为它可以指示雷达对敌方飞机的探测水平。

影响物体 RCS 的因素包括其尺寸、形状、材料、相对于雷达接收器的方向、发射器功率和接收器灵敏度。

有关 RCS 的更多信息，请参阅本页末尾的资源。

在本快速指南中，您将使用 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 工具来估算俄罗斯某空军基地军用直升机的 RCS。该工具读取并显示 SLC 功率图像，并允许您在图像中的单个物体周围绘制 ROI。该工具根据 ROI 计算 RCS 及其他指标，并从中创建 shapefile。然后，它将计算结果值添加到 shapefile 属性中，您可以在属性查看器 (Attribute Viewer)中看到这些值。ENVI 还会在屏幕上为每个 ROI 标注 RCS 值。

让我们看一个例子。

运行 SAR 雷达散射截面工具

本场景演示如何启动 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 工具，然后显示 SLC 图像并在直升机周围绘制 ROI。您也可以在启动 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 工具之前显示图像和绘制 ROI，但那些步骤略有不同。

1

启动 ENVI。 - 2

在工具箱 (Toolbox)中，展开 SAR 要点 (SAR Essentials) 文件夹，然后双击 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section)。SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 对话框出现。 - 3

点击 输入图像 (Input Image) 字段旁边的 浏览 (Browse) 按钮。出现文件选择对话框。 - 4

转到您为本快速指南解压示例数据的位置，选择文件 CapellaRussiaAirBase_slc.sml，然后点击 打开 (Open)。 - 5

点击 导出 (Export) 标签页。 - 6

RCS shapefile 及相关标注将被写入 ENVI 输出目录 (Output Directory) 首选项中指定的目录。要指定其他输出文件夹，请点击 输出文件夹 (Output Folder) 旁边的 浏览 (Browse) 按钮并选择不同的文件夹。 - 7

点击 下一步 (Next) 按钮。几秒钟后，SLC 图像被添加到图层管理器 (Layer Manager) 并显示在图像窗口 (Image window) 中。RCS 工具前进到 ROI 选择 (ROI Selection) 面板。

该图像覆盖了顿斯科耶的一个二战时期的空军基地，俄罗斯海军仍在使用该基地进行直升机反潜和搜救行动。该基地部署有卡莫夫 Ka-27 和 Ka-29 直升机。这些直升机在深色的混凝土坪上呈现为明亮的物体，例如：

作为参考，以下是该空军基地直升机的一张 Google Earth 图像：

在直升机周围绘制 ROI

下一步是在要测量 RCS 的物体周围绘制多边形。每个多边形都是给定 ROI 内的单独记录。您可以导入之前 ENVI 会话中现有的 ROI 文件 (.xml)，或在当前会话中创建新的 ROI。在本练习中，您将在直升机周围绘制新的 ROI 多边形。

供以后参考，您还可以为不同类型的物体创建和绘制多个 ROI；例如，固定翼飞机或车辆。

1

在 ROI 选择 (ROI Selection) 面板中点击 打开 ROI 工具 (Open ROI Tool) 按钮。

感兴趣区域 (ROI) 工具 (Region of Interest (ROI) Tool) 出现。几何 (Geometry) 标签页处于活动状态，ROI 类型为 多边形 (Polygon)。一个新的 ROI 图层被添加到图层管理器 (Layer Manager)。光标变为十字准线符号，以便您可以开始绘制多边形。

2

放大到场景中的任意直升机，例如：

3

沿着直升机的轮廓线某处点击以定义第一个顶点。然后点击绘制围绕它的线段。双击以完成并接受该多边形。在这幅 SLC 图像中难以确定直升机的精确轮廓，所以请尽最大努力尝试捕捉它们的形状。

新的 ROI 被添加到 ROI 图层，ROI 工具 (ROI Tool) 中的 记录计数 (Record Count) 会增加。一旦接受，多边形将变为红色。以下是展示示例的简短视频动画：

4

继续在图像中其他直升机周围绘制多边形 ROI。它们看起来不一定像直升机，但如果它们位于混凝土坪上，您就知道它们是直升机。

5

在 ROI 工具 (ROI Tool) 中，将 ROI 的默认名称从 "ROI #1" 更改为 Helicopters。按 Enter 键接受名称更改。

6

在 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 对话框中，点击 输入 ROI (Input ROIs) 字段旁边的 浏览 (Browse) 按钮。

ROI 选择 (ROI Selection) 对话框出现。"Helicopters" ROI 默认被选中。

7

点击 确定 (OK) 关闭 ROI 选择 (ROI Selection) 对话框。

计算 RCS 及其他指标

1

在 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 对话框中点击 下一步 (Next) 按钮。处理完成后：

•

图像窗口 (Image window) 中每个 ROI 旁边出现黄色标注。它们显示每个物体计算出的 RCS 值。该标注图层在图层管理器 (Layer Manager) 中名为 "rcs_ann.anz"。 * •

报告 (Report) 面板出现。 * •

ENVI 根据 ROI 集合创建一个 shapefile。它在图层管理器 (Layer Manager) 中名为 "rcs.shp"。

2

点击 完成 (Finish) 按钮关闭 SAR 雷达散射截面 (SAR Radar Cross Section) 工具。 - 3

关闭 ROI 工具 (ROI Tool)。 - 4

放大到每个直升机并查看其对应的 RCS 值（显示为黄色）。

可选：更改文本大小

如果标注文本太小，您可以按以下方式更改：

1

在图层管理器 (Layer Manager) 中，选择 rcs_ann.anz 图层使其成为活动图层。 - 2

点击 rcs_ann.anz 图层旁边的 + 按钮将其展开。每个标注项被单独列出。 - 3

点击第一个 "Helicopters" 标注项，按住键盘上的 Shift 键，然后选择最后一个标注项。这样会一次性选中所有项。 - 4

转到 ENVI 应用程序右下角的属性表 (Property sheet)，增加 字体大小 (Font Size) 属性值。以下是这些步骤的简短动画：

查看其他物体指标

ENVI 还会为每个 ROI 记录计算其他指标。请按照以下步骤查看指标值：

1

在图层管理器 (Layer Manager) 中，右键点击 rcs.shp 图层并选择 查看/编辑属性 (View/Edit Attributes)。属性查看器 (Attribute Viewer) 出现，其中包含计算值的表格。 - 2

点击并拖动 属性查看器 (Attribute Viewer) 对话框的右下角以扩展它，以便可以看到所有记录。以下是一个示例：

每行对应一个单独的 ROI 记录。该表提供以下指标：

•

tot_rcs_dB：总积分 RCS，单位分贝 * •

mea_rcs_dB：平均 RCS，单位分贝 * •

std_rcs_dB：RCS 标准差，单位分贝 * •

max_rcs_dB：最大 RCS，单位分贝 * •

tot_pix：ROI 中的像素数 * •

tot_are_m2：ROI 的面积，单位平方米 * •

ilos_deg：场景中心视线 (LOS) 入射角 * •

alos_deg：场景中心视线 (LOS) 方位角

3

关闭 属性查看器 (Attribute Viewer) 对话框。

本快速指南到此结束。

其他资源

•

绘制感兴趣区域 (Draw Regions of Interest) 快速指南 * •

MilitarySphere.com. "揭示雷达散射截面的复杂性：综合指南。" 2024年6月28日。https://militarysphere.com/radar-cross-section。 * •

Orbits Hub. "什么是雷达散射截面？为什么你应该关心它？" 访问于2025年7月15日。https://orbitshub.com/understanding-radar-cross-section-and-its-importance。

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