[发明专利]基于降雨衰减模型的雨区合成孔径雷达成像仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于气象观测技术领域，尤其涉及基于降雨衰减模型的雨区合成孔径雷达成像仿真方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种能产生更高分辨率的图像的雷达形式。与多个固定天线不同，SAR可以通过在相对较大面积中移动一个或多个天线来获得极大口径。因此，在方位方向采用合成孔径技术可以获得高分辨率。在范围-方向，宽波段脉冲传输信号通过采用脉冲压缩技术使范围分辨率高。SAR由于其高分辨率以及全天候、全天时检测、调查和追踪等功能的能力，在遥感和测绘方面有着广泛的应用。

然而，当雷达波沿传播路径通过降水媒介时SAR图像可能被高强度降雨严重损坏。对于降雨衰减效应的分析，衰减可方便地分为两大类，即散射衰减和吸收损耗。当电磁波的波长远远大于降水粒子的大小时散射衰减起着决定性的作用。然而，当频率增加时吸收损耗将会是衰减的主要原因。

降雨衰减是在确定微波和毫米波系统的可靠性中最重要因素之一，具体的降雨衰减是地面和地球空间路径的降雨衰减统计计算中的基本量。传统实证过程基于具体降雨衰减和降雨率之间的近似关系，对于特定频率，降雨率以表格的形式被广泛应用。所以当所需的频率不在表中时，有的需要使用插值方法，导致费时和不精确。

发明内容

针对现有技术存在的问题，提供一种基于降雨衰减模型的雨区合成孔径雷达成像仿真方法，确定降雨衰减的主要影响，定量地分析降水是如何在不同频段内影响任意三维复杂目标成像。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的基于降雨衰减模型的雨区合成孔径雷达成像仿真方法，包括如下步骤：

1)建立降雨衰减预测模型；

2)根据物理光学方法建立计算SAR回波模型；

3)进行无水环境和降水环境的成像仿真。

进一步的，所述步骤(1)建立雨衰预测模型，具体为：在奥尔森提出的系数的基础上，提供一系列的解析表达式，改善雨衰减预测模型：

k＝[k_H+k_V+(k_H-k_V)cos²θcos 2τ]/2 (4)

α＝[k_Hα_H+k_Vα_V+(k_Hα_H-k_Vα_V)cos²θcos 2τ]/2k (5)

其中k_H,k_V,α_H和α_V的解析表达式通过使用“最佳拟合”方法被确定为一个频率的函数(in GHz)。

进一步的，根据物理光学方法建立计算SAR回波的模型为：设雷达传送线性调频脉冲为s_t(t)

s_t(t)＝rect(τ)exp{2πf_cτ}exp{jπkτ²} (6)

其中rect表示矩形窗函数、f_c表示载波频率，τ表示快速的时间；

描述解调的基带SAR回波信号为:

其中λ是波长和c表示光速，散射体和天线之间的距离R可以表示为:

建立等效电流模型。

所述等效电流模型为：

其中J和M表示的电场和磁场的电流。Eⁱ和Hⁱ是入射场，而E^s和H^s分别是边界上的散射场。

进一步的，所述步骤3)中的无水环境的成像仿真为起重机模型与距离-多普勒算法一起使用，以获得相应的成像效果。

进一步的，所述步骤3)中的降水环境的成像仿真为将F-15战斗机模型与距离-多普勒算法一起使用来获得相应的成像结果。

本发明的有益效果是：

1、确定降雨衰减的主要影响，定量地分析降水是如何在不同频段内影响任意三维复杂目标成像；

2、描述雨衰减预测模型，定量研究在不同频率下降雨率和衰减之间的关系；

3、介绍物理光学方法，用于产生观测目标的回波数据，范围-多普勒算法用于完成成像过程；

4、基于物理光学反射回波的降水环境三维复杂物体合成孔径雷达成像仿真方法将有助于未来降雨环境下目标特征提取与识别的研究。

附图说明