[发明专利]基于数据库匹配的太赫兹雷达信号大气传输失真补偿方法

说明书

本发明提出一种基于数据库匹配的太赫兹雷达信号大气传输失真补偿方法，为补偿大气传输后的太赫兹雷达失真信号，先由回波信号一维距离像鉴别独立散射中心。随后，利用太赫兹频段大气传输特性信息数据库，仿真独立散射中心、不同大气条件下的一维距离像，并与实际一维距离像比对。最佳匹配结果所对应的气压、气温等参数即为估计的大气条件参数。最后，将成像区域划分为若干部分，利用各部分的平均距离及估计的大气消光与相位偏移系数完成大气传输波形失真补偿。本发明的优势在于：具有普适性，雷达测量中使用的定标体可提供独立散射中心，且方法不受限于测量时的大气条件；通过比对实测与仿真一维距离像，可以估计大气条件参数，实现大气参数反演。

技术领域

本发明涉及大气传输补偿与太赫兹雷达成像技术领域，具体涉及一种基于数据库匹配的太赫兹雷达信号大气传输失真补偿方法。

背景技术

太赫兹频段(0.1THz-10THz)可用于获取高分辨率雷达图像。然而，相较于传统雷达频段，太赫兹频段的地球大气属于色散介质。太赫兹雷达信号在大气中传输时，随着传输距离的增加，大气传输造成的信号幅度衰减与相位偏移愈发严重，影响太赫兹雷达系统的探测距离。此外，由于信号的幅度衰减与相位偏移均随频率非线性变化，因而回波信号波形失真，导致一维距离像的旁瓣升高，甚至产生虚假目标，影响雷达图像质量并降低目标检测概率。

经过大气传输后的太赫兹脉冲，在频率域可以表示为：

E(f,l)＝E(f,0)·exp[-α(f)l]·exp[iβ(f)l]   (1)

式中，E表示太赫兹脉冲；f为频率；l为传输距离；i为虚数符号；α为大气吸收系数；β为相位偏移系数。

图2所示为仿真得到的460-490GHz频段、距离161m处理想散射中心的一维距离像，假定散射中心的雷达截面积(Radar Cross Section,RCS)为0dBsm。图中虚线为不考虑大气传输时的一维距离像，实线为在US76参考大气、海拔高度28m处传输所得一维距离像。由图2可知，大气传输不仅导致回波信号衰减(峰值降低)，引起散射中心位置偏移、旁瓣升高等现象：理想情况目标位于161m、主瓣与第一旁瓣的差值为13dB；考虑大气传输影响时目标偏移一个距离分辨单元(30GHz带宽可得最高距离分辨率为0.005m)、主瓣与第一旁瓣的差值为5dB。

理论上而言，若已知大气条件参数，通过计算可以准确获得大气吸收系数与相位偏移系数(参见文献[1]C.H.Townes and A.L.Schawlow.Microwave Spectroscopy[M].NewYork:Doever,1975.和文献[2]Y.Yang,M.Mandehgar,andD.R.Grischkowsky.Understanding THz Pulse Propagation in the Atmosphere[J].IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology,2012,2(4):406-415.)，进而补偿大气传输引起的太赫兹波形失真。然而实际工程应用中，很难准确获知所有大气条件参数，亦不能保证长距离传输路径上的大气特性保持不变，因而需要分析回波信号，从中估计大气条件参数，进而补偿由大气传输引起的太赫兹波形失真。

与本发明相关的现有技术介绍如下：

1.1现有技术一的技术方案

在红外及高光谱对地遥感领域，通常采用统计(经验)模型或大气辐射传输模型(参见文献[3]M.K.Griffin and H.K.Burke.Compensation of Hyperspectral Data forAtmospheric Effects[J].Lincoln Laboratory Journal,14(1):29-54,2003.和文献[4]童庆禧,张兵,郑兰芬.高光谱遥感——原理、技术与应用[M].北京:高等教育出版社,2006.)计算谱段内的大气路径辐射与透过率，进而求解谱段内地表的辐出度或反射率，实现大气传输补偿。