[发明专利]一种新型的针对指数型粗糙面的亮温成像方法

权利要求书

1.一种新型的针对指数型粗糙面的亮温成像方法，其特征在于：步骤一、对被探测场景进行物理建模，得到被探测场景的三维虚拟模型；

步骤二、对步骤一得到的三维虚拟模型进行剖分；

步骤三、将三维虚拟模型中属于林地、山峰、沙地的被测表面视为指数型粗糙面，其余被测表面视为高斯型粗糙面，进行射线追踪；

步骤四、在射线追踪部分结束后，从每一根射线的终端将亮温反演至发射源点，获得被探测场景中不同位置的亮温，形成亮温图。

2.根据权利要求1所述的一种新型的针对指数型粗糙面的亮温成像方法，其特征在于：利用gmsh软件在步骤一中进行物理建模，以及在步骤二中进行剖分。

3.根据权利要求1所述的一种新型的针对指数型粗糙面的亮温成像方法，其特征在于：步骤二中，剖分的单元格为四面体。

4.根据权利要求1所述的一种新型的针对指数型粗糙面的亮温成像方法，其特征在于：步骤三所述的射线追踪是从辐射计发射端向外发射射线；对于任意一根射线，对第一层射线沿反射方向追踪的同时，将射线与入射面的交点作为散射点向四周进行散射。

5.根据权利要求1所述的一种新型的针对指数型粗糙面的亮温成像方法，其特征在于：在对于视为指数型粗糙面的被测表面的射线追踪中，以封闭面为边界的无源区内任意点的散射场的数学表达式如式(1-1)所示；

式(1-1)中，为任意点无源场的散射场；为代求场点位置；j为虚数单位；k_s为电磁波在介质中传播的波数，其值用介质一中的波数k₁替代；为散射方向的单位矢量；为边界面的法向量的单位矢量；η_s为介质的阻抗，其值使用介质一的阻抗η₁替代；R₀为场点和观测点之间的距离；为总的切向电磁场，其表达式如式(1-2)和(1-3)所示；

式(1-2)和(1-3)中，为单位极化向量；为入射方向的单位矢量；是水平极化的菲涅尔反射系数；R_//是垂直极化的菲涅尔反射系数；E₀为入射电磁波的场强；

将式(1-1)、(1-2)和(1-3)联立，建立介质一中的散射场如式(1-4)所示：

对式(1-4)求近似解如式(2)所示：

式(2)中，Q为相位因子，k₁为介质一中的波数，为散射方向的单位矢量，为入射方向的单位矢量，为源点位置，q_x、q_y、q_z分别是x、y、z轴方向上的相位分量；q_x、q_y、q_z的表达式如式(3)所示；

式(3)中，θ_s为散射方向的俯仰角，θ_i为入射方向的俯仰角，为散射方向的方位角，为入射方向的方位角；分别为x轴，y轴，z轴的方向向量；

将式(2)和式(3)代入式(1-4)中，将散射电场表达式表示为：

式(4)中，为散射方向的单位矢量，为入射方向的单位矢量，为边界面的法向量的单位矢量，k_s为电磁波在介质中传播的波数，R₀为场点和观测点之间的距离，η₁为介质的阻抗；

建立垂直极化，平行极化以及交叉极化的散射场如式(5)所示；

式(5)中，q为相位因子，为平行极化散射场，为垂直极化散射场，和为交叉极化散射场，是水平极化的菲涅尔反射系数，R_//是垂直极化的菲涅尔反射系数，是散射水平波的单位极化分量，是散射垂直波的单位极化分量，是入射水平波的单位极化分量，是入射垂直波的单位极化分量，为散射方向的单位矢量，为入射方向的单位矢量；U_hh、U_vh、U_hv、U_vv的表达式如式(6)所示：

式(6)中，是水平极化的菲涅尔反射系数，R_//是垂直极化的菲涅尔反射系数；

介质一中的双基地散射系数表示为公式(7)：

式(7)中，U_pq用于代入前述的U_hh、U_vh、U_hv、U_vv；k₁为介质一中的波数，σ为粗糙面的均方根高度，q_x、q_y、q_z的表达式如式(8)所示：

指数型粗糙面的高低起伏相关系数G(R)的表达式如式(9)所示；

G(R)＝σ²exp(-|R|/l) 式(9)

式(9)中，R为指数型粗糙面两点之间的距离；l为粗糙面的相关长度；

粗糙面高低起伏相关系数在0处的二阶微商ρ″(0)的表达式如式(10)所示；

建立的表达式如式(11)所示：

通过公式(6)、(7)、(8)、(10)、(11)求出视为指数型粗糙面的被测表面的双基地散射系数。