微波段地表双站电磁散射系数的统计工程模型的建立方法技术

一种微波段地表双站电磁散射系数的统计工程模型的建立方法，包括的步骤为：利用多频段雷达后向电磁散射实测数据，结合改进的积分方程电磁模型和地表等效参数对地表双站散射系数进行预测；根据地表面散射类型，建立了多参数双站电磁散射系数统计工程模型；联合遗传算法和不同入射角情况下的地表全方位散射系数理论计算数据，反演双站电磁散射系数统计工程模型的各未知参数。最终采用后向和双站地表回波实测数据评估模型的预测精度和效率。本发明专利技术在保证各类典型地表双站散射系数预测精度的同时，克服了地表双站散射数据获取困难，耗时较长的缺点，同时该模型可以退化为后向散射系数统计工程模型，实现了对地表双站散射特性的快速、准确预测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波遥感
，尤其是涉及一种基于雷达后向散射实测数据实现对地表双站散射回波快速预测的工程模型的建立方法。
技术介绍
随着微波遥感技术的发展，各类地表的雷达散射特性已广泛应用于星载与机载SAR成像、目标探测及其伪装中。相比于后向散射情况，双站雷达包含多角度、多极化回波数据，信息量巨大，因此其在反隐身、抗干扰以及超低空防御方面具有独特优势。近些年来，地物杂波的研究工作逐渐由单站散射转向双站发展，其中以美国的“警戒和目标指示多基地系统”和“战术双基地雷达验证计划(TBIRD)”，以及英国的自适应双基地雷达研究为典型代表。2008年，N.Pierdicca根据AIEM模型计算了裸土的双站散射回波，并分析得出L波段和S波段下地表双站雷达对土壤湿度的反演效果优于后向散射情况。2010年M.Brigioni等人根据AIEM和SPM电磁散射模型计算结果发现雷达双站散射回波能明显提高土壤湿度的反演精度。2014年，J.T.Johnson等人从理论上全面分析了粗糙面的双站散射回波特性，并发现可以从地表双站散射回波随散射方位角的变化规律中反演获取地表的结构参数和物理参数。同时，由于在低空目标的反隐身和超低空防御研究中，地表双站散射回波的预测在地表与目标间耦合场计算中至关重要，因此对地表双站雷达散射回波的快速、准确预测具有重要的研究价值。目前，粗糙面双站电磁散射计算方法主要包含两大类。第一类为数值方法，例如：矩量法，有限元方法，时域有限差分法等，该类方法计算结果精确，但是对电脑硬件资源需求较大，耗时较长，因此对于电大尺寸目标计算，该方法变的无能为力。第二类为高频近似方法，如基尔霍夫近似法(KA)、微绕法(SPM)、小斜率近似方法以及积分方程法(AIEM)等，其计算量较小，易于操作，且速度明显优于数值方法，但一般情况下，各方法具有有限的粗糙度适用范围且只针对于简单地表情况。若地表起伏较大或者地形复杂，该计算方法近似失效。过去几十年里，为了解决上述问题，大量的地表后向散射经验模型被提出，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预测结果与实测数据吻合度提高，且适用范围增大，具有重要的工程应用价值。但根据目前检索国内外资料表明，微波段地表双站电磁散射经验还未见报道。R.D.Roo测量了微波段粗糙人造表面的双站镜像散射回波。A.Y.Nashashibi测量了35GHz情况下裸土的全极化双站散射回波。K.B.Khadhra采用双站测量回波反演了裸土的粗糙度和湿度参数。但由于双站雷达散射测量装置较为复杂，测量工作耗时耗力，因此地表散射测量实验主要集中于后向方向，双站散射回波实测数据较少，且大多数集中于理论计算。由于地表双站散射回波在目标的反隐身、抗干扰以及超低空防御方面具有独特优势，且具有重要的民用和军事应用价值，因此如何实现对地表双站散射回波的快速、准确预测，成为大区域地表微波遥感和目标探测中的重要研究课题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：由于双站雷达散射测量装置较为复杂，测量工作耗时耗力，地表双站散射回波实测数据获取困难。同时，在地表双站电磁散射理论模型计算中，由于数值方法的巨大计算量限制，高频近似方法中地表粗糙度适用范围以及地表复杂度的限制，地表双站散射回波的快速、准确预测遇到了极大阻碍。针对上述问题，本文提出根据容易获取的地表后向散射实测数据建立其双站电磁散射回波数据库，并据此建立一种微波段地表双站电磁散射经验模型，从而实现对地表双站电磁散射回波的快速、准确预测，并将其应用于大区域地表的微波遥感和目标探测中。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：由地表后向散射实测数据预测地表双站散射回波值，并建立一种微波段地表双站电磁散射经验模型，包括如下步骤：1)通过室外测量实验，获取雷达对地表的后向散射回波实测数据；2)采用GA算法结合AIEM等效面散射模型和地表后向散射实测数据反演获取地表的等效介电常数和等效粗糙度参数；3)根据AIEM模型和地表等效参数反演结果创建地表双站散射回波数据库；4)结合地表双站电磁散射理论模型和地表双站散射回波数据特点，建立一种微波段地表双站电磁散射经验模型；5)采用部分地表双站散射回波数据和GA算法，反演确定双站经验模型的各未知参数值，并采用另一部分地表双站散射回波数据验证反演结果的准确性；6)根据已获取的地表双站散射经验模型预测地其后向散射回波，并与实测数据对比，同时采用文献上的双站散射回波实测数据对本文提出的经验模型进行进一步验证；7)对比分析AIEM方法和经验模型的计算效率和计算误差。进一步的，其中，步骤2)所述的AIEM方法公式为σqps=k2/2·exp(-δ2(kiz2+ksz2))×Σn=1∞δ2nn!|Ipqn|2W(n)(ksx-kix,ksy-kiy)]]>GA方法反演中的评价函数公式为：g1(ϵ′,ϵ′′,σ,l,θi)=Σf[Σθi|σHH(ϵf′,ϵf′′,σ,l,θi)-σ^HH(ϵf′,ϵf′′,σ,l,θi)|2+Σθi|σVV(ϵf′,ϵf′′,σ,l,θi)-σ^VV(ϵf′,ϵf′′,σ,l,θi)|2]]]>进一步的，其中，步骤4)所述的地表双站电磁散射经验模型公式为σexp=10log10[P1cosP2θscosP3θi(P4sinθisinθs-cos(φs-φi))2(P5+P6×(sin2θs+sin2θi-2sinθssinθicos(φs-φi)))P7]]]>进一步的，其中，步骤5)所述的采用GA算法结合双站散射经验模型反演各未知参数的评价函数取为：其中P＝{p1,p2,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波段地表双站电磁散射系数的统计工程模型的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过室外测量实验，获取多频段下的地表后向散射回波实测数据；2)根据地表后向散射回波实测数据反演获取地表的等效介电常数和等效粗糙度参数；3)利用获得的等效介电常数和等效粗糙度参数，计算地表双站散射系数，建立地表双站散射系数角分布的数据库；4)建立微波段地表双站电磁散射经验模型；5)采用部分散射角度下的地表双站散射回波数据结合GA算法，反演确定双站经验模型的各未知参数值。

【技术特征摘要】
1.一种微波段地表双站电磁散射系数的统计工程模型的建立方法，其特征在于，包括
如下步骤：
1)通过室外测量实验，获取多频段下的地表后向散射回波实测数据；
2)根据地表后向散射回波实测数据反演获取地表的等效介电常数和等效粗糙度参数；
3)利用获得的等效介电常数和等效粗糙度参数，计算地表双站散射系数，建立地表双
站散射系数角分布的数据库；
4)建立微波段地表双站电磁散射经验模型；
5)采用部分散射角度下的地表双站散射回波数据结合GA算法，反演确定双站经验模型
的各未知参数值。
2.根据权利要求1所述的微波段地表双站电磁散射系数的统计工程模型的建立方法，
其特征在于，所述的步骤2)，利用地表后向散射回波实测数据，并采用GA(遗传算法)算法结
合AIEM(改进的积分方程法)等效面散射模型，反演获取地表的等效介电常数和等效粗糙度
参数，所述的GA方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振森，张元元，曹运华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61