一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法，包括如下步骤：（1）针对裸地散射特性，对其杂波幅度均值有显著影响的环境参数进行编号；（2）利用实测数据分析每种环境参数单独变化时裸地杂波幅度均值的变化趋势，根据参数变化范围和相应杂波幅度均值变化范围，求出每种参数对幅度均值的影响系数；（3）给出该参数下幅度均值的类推公式；（4）给出多参数杂波幅度均值的类推公式。本发明专利技术所公开方法利用已知裸地的杂波幅度均值类推出与其具有相似特征的裸地杂波的幅度均值，可克服某些地区实际测试困难，经验模型精度不足等瓶颈问题，对时效性要求较高、较偏远地区的杂波认知具有重要意义。

An analogy method based on roughness and humidity for mean value characteristics of similar bare ground clutter

【技术实现步骤摘要】
一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法
本专利技术属于雷达地杂波特性研究领域，特别涉及该领域中的一种基于实测环境参数，利用已知地物的杂波特性，类推与其具有相似特征地物的杂波均值特性的方法。
技术介绍
在研究实际地物的杂波特性时，认知方式大多是通过测量试验获取的实测数据或者是参考国内外学者建立的杂波模型，如乌拉比的《微波遥感》中公开的多种地物散射的经验模型。杂波测试的方式相对准确，但费时费力，对于某些有时效要求的特定任务不能及时满足需求；参考经验模型的方式相对简捷，但是由于地物的复杂性，实际地物与模型之间往往有一定差距，对于精度要求较高的任务也无法满足。因此需要研究一套地物杂波的预测方法，达到及时、准确得出目标地物的杂波特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法，其改进之处在于，包括如下步骤：(1)针对裸地散射特性，对其杂波幅度均值有显著影响的环境参数包括但不限于粗糙度、含水量和介电常数，对所有参数进行编号，记作x1,x2…xm…xM；(2)利用实测数据分析每种环境参数单独变化时裸地杂波幅度均值的变化趋势，并记录趋势曲线；根据参数变化范围和相应杂波幅度均值变化范围，求出每种参数对幅度均值的影响系数：其中Δσ为幅度均值变化范围，Δxm为参数变化范围，对于有些呈现分段变化趋势的参数，kxm应当用分段函数表示；(3)以第m个参数为例，给出该参数下幅度均值的类推公式：其中σt(xm)为类推目标样本的幅度均值，为已知的参考样本的幅度均值，fm(Δxm)为关于变量xm差值的拟合公式；根据步骤(2)的内容，给出fm(Δxm)的显性表达式，利用线性回归方程求出拟合参数，从而得出拟合公式fm(Δxm)；(4)根据步骤(3)的内容，给出多参数杂波幅度均值的类推公式：其中αm为第m个参数在所有环境参数中对杂波幅度均值的影响权重系数，若所有M个参数对散射系数的影响是彼此相互独立的，则权重系数αm可默认为1；若其中有N，N≤M个参数对散射系数的影响是互相之间有相关性的，则可利用步骤2中的kxm计算：进一步的，在步骤(3)中，fm(Δxm)的显性表达式包括但不限于多项式或由基础函数组成的公式。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法在已有研究成果的基础上，以裸地为研究对象，根据实测环境参数，分析粗糙度、含水量、介电特性等参数变化对裸地杂波均值特性(即散射系数)的影响程度，给出量化统计方法，初步建立相似裸地的杂波均值特性类推方法，为后续更复杂地物杂波预测提供依据。相比于直接进行杂波测试，该方法更简捷方便，相比于理论计算和经验模型，该方法精度相对更好。本专利技术方法后期可应用在多种类型的地物中，对复杂地物的杂波认知有一定帮助。本专利技术方法利用已知裸地的杂波幅度均值类推出与其具有相似特征的裸地杂波的幅度均值，可克服某些地区实际测试困难，经验模型精度不足等瓶颈问题，对时效性要求较高、较偏远地区的杂波认知具有重要意义。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图；图2a是不同粗糙度在湿度约9％下的实测数据对比图；图2b是不同粗糙度在湿度约5％下的实测数据对比图；图3是实测数据的幅度均值随粗糙度的变化情况示意图；图4a是不同土壤湿度在均方根高度约为4cm下的杂波幅度均值对比图；图4b是不同土壤湿度在均方根高度约为2cm下的杂波幅度均值对比图；图5是实测数据的杂波幅度均值随湿度的变化情况示意图；图6a是在湿度约为5％下的粗糙度类推结果与实测数据的对比图；图6b是在均方根高度约为2cm下的类推结果与实测数据对比图；图7是多参数类推结果与实测数据的对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例的实施流程图如图1所示。为便于展示效果，实施例以某次裸地测试的杂波和环境参数数据为类推样本，研究对象为均匀平坦地形的裸地，频段范围为S波段，极化为HH，入射角范围为20°到80°，其他相关雷达参数在类推过程中默认为一致；类推中会包含一些已有文献资料的引用。具体包含如下步骤：(1)根据文献资料和已有的杂波研究成果，在均匀地形下，影响裸地杂波幅度均值特性的主要参数包括土壤表面粗糙度、土壤湿度、土壤介电常数等，由于土壤介电常数主要受土壤湿度影响，因此主要影响因素为土壤粗糙度和土壤湿度，分别编号为x1,x2。(2)结合已有文献和实测数据，分析土壤粗糙度x1和土壤湿度x2单独变化时裸地物杂波幅度均值的变化趋势。如表1所示，为某次裸地杂波测试的环境参数记录表格。其中粗糙度rms是表面均方根高度，通常表征地面的粗糙程度；土壤湿度是用重量百分比进行表示。表2为相应测试的地杂波散射系数均值，极化为HH极化，入射角范围为20°到80°，步进为5°。以该次实测数据为类推样本，结合相关理论和文献结论，进行参数变化分析。表1裸地土壤参数测试表格表2裸地杂波幅度均值σ0(dB)记录表(21)变量x1土壤粗糙度引起的杂波均值变化。根据Ulaby《微波遥感》中散射系数随均方根高度和入射角的相关结论，有以下规律：均方根高度在1cm到4.5cm的范围时，入射角大于10°后，散射系数随均方根高度增加有近似线性增加的趋势。结合该规律，利用实测数据分析。对比表1中环境参数，选取湿度相当(湿度相差在2％以内)，粗糙度有显著变化的测试数据进行对比。利用上述原则，分别选取1011和1013，1102和1014进行对比分析。如图2a、2b所示，为不同粗糙度的实测杂波数据对比情况，可以看出不同粗糙度的幅度均值存在明显差距，而且这种差距随入射角有一定变化。根据散射系数差值变化量与入射角的关系，对入射角范围进行分段分析。如图3所示，给出了20°到50°和55°到80°不同入射角范围，幅度均值随粗糙度的变化情况。根据粗糙度变化范围和相应杂波幅度均值变化范围，求出影响系数kx1：(22)变量x2土壤湿度引起的杂波均值变化。类似的，依据文献资料的内容，在其他参数确定的情况下，裸地的幅度均值(dB)随土壤湿度近似呈现线性变化。对比表1中环境参数，选取粗糙度基本相当(粗糙度相差在1cm以内)，湿度有显著变化的测试数据进行对比。利用上述原则，分别选取1010和1014，1011和1102进行对比分析。如图4a，4b所示，不同土壤湿度的杂波幅度均值对比情况，从对比结果可看出，整体上湿度较大的裸地杂波幅度均值更大。散射系数差值随入射角的变化趋势不明显，可假设在20°到80°范围内，幅度均值随土壤湿度的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)针对裸地散射特性，对其杂波幅度均值有显著影响的环境参数包括但不限于粗糙度、含水量和介电常数，对所有参数进行编号，记作x1,x2…xm…xM；/n(2)利用实测数据分析每种环境参数单独变化时裸地杂波幅度均值的变化趋势，并记录趋势曲线；根据参数变化范围和相应杂波幅度均值变化范围，求出每种参数对幅度均值的影响系数：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于粗糙度和湿度的相似裸地杂波均值特性类推方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)针对裸地散射特性，对其杂波幅度均值有显著影响的环境参数包括但不限于粗糙度、含水量和介电常数，对所有参数进行编号，记作x1,x2…xm…xM；
(2)利用实测数据分析每种环境参数单独变化时裸地杂波幅度均值的变化趋势，并记录趋势曲线；根据参数变化范围和相应杂波幅度均值变化范围，求出每种参数对幅度均值的影响系数：



其中Δσ为幅度均值变化范围，Δxm为参数变化范围，对于有些呈现分段变化趋势的参数，kxm应当用分段函数表示；
(3)以第m个参数为例，给出该参数下幅度均值的类推公式：



其中σt(xm)为类推目标样本的幅度均值，为已知的参考样本的幅度均值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，张玉石，李清亮，朱秀芹，尹志盈，李慧明，许心瑜，张金鹏，黎鑫，张浙东，余运超，夏晓云，李善斌，尹雅磊，万晋通，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37