[發(fā)明專利]微波段地表雙站電磁散射系數(shù)的統(tǒng)計(jì)工程模型的建立方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610068900.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105740545A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳振森;張?jiān)?/a>;曹運(yùn)華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京一格知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11316
• 代理人: 趙永偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于雷達(dá)后向散射實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對地表雙站散射回波快速預(yù)測的工程模型的建立方法。

背景技術(shù)

隨著微波遙感技術(shù)的發(fā)展，各類地表的雷達(dá)散射特性已廣泛應(yīng)用于星載與機(jī)載SAR成像、目標(biāo)探測及其偽裝中。相比于后向散射情況，雙站雷達(dá)包含多角度、多極化回波數(shù)據(jù)，信息量巨大，因此其在反隱身、抗干擾以及超低空防御方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。近些年來，地物雜波的研究工作逐漸由單站散射轉(zhuǎn)向雙站發(fā)展，其中以美國的“警戒和目標(biāo)指示多基地系統(tǒng)”和“戰(zhàn)術(shù)雙基地雷達(dá)驗(yàn)證計(jì)劃(TBIRD)”，以及英國的自適應(yīng)雙基地雷達(dá)研究為典型代表。2008年，N.Pierdicca根據(jù)AIEM模型計(jì)算了裸土的雙站散射回波，并分析得出L波段和S波段下地表雙站雷達(dá)對土壤濕度的反演效果優(yōu)于后向散射情況。2010年M.Brigioni等人根據(jù)AIEM和SPM電磁散射模型計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)雷達(dá)雙站散射回波能明顯提高土壤濕度的反演精度。2014年，J.T.Johnson等人從理論上全面分析了粗糙面的雙站散射回波特性，并發(fā)現(xiàn)可以從地表雙站散射回波隨散射方位角的變化規(guī)律中反演獲取地表的結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)。同時(shí)，由于在低空目標(biāo)的反隱身和超低空防御研究中，地表雙站散射回波的預(yù)測在地表與目標(biāo)間耦合場計(jì)算中至關(guān)重要，因此對地表雙站雷達(dá)散射回波的快速、準(zhǔn)確預(yù)測具有重要的研究價(jià)值。

目前，粗糙面雙站電磁散射計(jì)算方法主要包含兩大類。第一類為數(shù)值方法，例如：矩量法，有限元方法，時(shí)域有限差分法等，該類方法計(jì)算結(jié)果精確，但是對電腦硬件資源需求較大，耗時(shí)較長，因此對于電大尺寸目標(biāo)計(jì)算，該方法變的無能為力。第二類為高頻近似方法，如基爾霍夫近似法(KA)、微繞法(SPM)、小斜率近似方法以及積分方程法(AIEM)等，其計(jì)算量較小，易于操作，且速度明顯優(yōu)于數(shù)值方法，但一般情況下，各方法具有有限的粗糙度適用范圍且只針對于簡單地表情況。若地表起伏較大或者地形復(fù)雜，該計(jì)算方法近似失效。

過去幾十年里，為了解決上述問題，大量的地表后向散射經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅惶岢?，如Ulaby模型，Oh模型，Dobson模型，Shi模型以及Zribi模型等，上述模型的提出使得地表散射回波的預(yù)測結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合度提高，且適用范圍增大，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。但根據(jù)目前檢索國內(nèi)外資料表明，微波段地表雙站電磁散射經(jīng)驗(yàn)還未見報(bào)道。

R.D.Roo測量了微波段粗糙人造表面的雙站鏡像散射回波。A.Y.Nashashibi測量了35GHz情況下裸土的全極化雙站散射回波。K.B.Khadhra采用雙站測量回波反演了裸土的粗糙度和濕度參數(shù)。但由于雙站雷達(dá)散射測量裝置較為復(fù)雜，測量工作耗時(shí)耗力，因此地表散射測量實(shí)驗(yàn)主要集中于后向方向，雙站散射回波實(shí)測數(shù)據(jù)較少，且大多數(shù)集中于理論計(jì)算。由于地表雙站散射回波在目標(biāo)的反隱身、抗干擾以及超低空防御方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，且具有重要的民用和軍事應(yīng)用價(jià)值，因此如何實(shí)現(xiàn)對地表雙站散射回波的快速、準(zhǔn)確預(yù)測，成為大區(qū)域地表微波遙感和目標(biāo)探測中的重要研究課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：由于雙站雷達(dá)散射測量裝置較為復(fù)雜，測量工作耗時(shí)耗力，地表雙站散射回波實(shí)測數(shù)據(jù)獲取困難。同時(shí)，在地表雙站電磁散射理論模型計(jì)算中，由于數(shù)值方法的巨大計(jì)算量限制，高頻近似方法中地表粗糙度適用范圍以及地表復(fù)雜度的限制，地表雙站散射回波的快速、準(zhǔn)確預(yù)測遇到了極大阻礙。針對上述問題，本文提出根據(jù)容易獲取的地表后向散射實(shí)測數(shù)據(jù)建立其雙站電磁散射回波數(shù)據(jù)庫，并據(jù)此建立一種微波段地表雙站電磁散射經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對地表雙站電磁散射回波的快速、準(zhǔn)確預(yù)測，并將其應(yīng)用于大區(qū)域地表的微波遙感和目標(biāo)探測中。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：由地表后向散射實(shí)測數(shù)據(jù)預(yù)測地表雙站散射回波值，并建立一種微波段地表雙站電磁散射經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括如下步驟：

1)通過室外測量實(shí)驗(yàn)，獲取雷達(dá)對地表的后向散射回波實(shí)測數(shù)據(jù)；

2)采用GA算法結(jié)合AIEM等效面散射模型和地表后向散射實(shí)測數(shù)據(jù)反演獲取地表的等效介電常數(shù)和等效粗糙度參數(shù)；

3)根據(jù)AIEM模型和地表等效參數(shù)反演結(jié)果創(chuàng)建地表雙站散射回波數(shù)據(jù)庫；

4)結(jié)合地表雙站電磁散射理論模型和地表雙站散射回波數(shù)據(jù)特點(diǎn)，建立一種微波段地表雙站電磁散射經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

5)采用部分地表雙站散射回波數(shù)據(jù)和GA算法，反演確定雙站經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷母魑粗獏?shù)值，并采用另一部分地表雙站散射回波數(shù)據(jù)驗(yàn)證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性；