一種粗糙面微波段雙向反射分布函數的建模方法技術

本發明專利技術公開了一種粗糙面微波段雙向反射分布函數的建模方法，根據粗糙面的功率譜密度函數，通過蒙特卡洛方法產生粗糙面；利用矩量法計算粗糙面的單位雷達散射截面σ0；根據粗糙面散射系數和雙向反射分布函數之間的關系求得粗糙面的雙向反射分布函數；根據求得的雙向反射分布函數進行五參量經驗模型建模；根據模型參數選擇的最佳標準，利用遺傳算法對五參量模型的參數進行優化，求得經驗參數；根據優化得到的經驗參數，利用五參量經驗模型對粗糙面雙向反射分布函數進行建模。與現有技術相比，本發明專利技術具有優化速度快，建模精度高，建模方法通用性強的優點，可用于粗糙面微波段雙向反射分布函數特性的研究。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了，根據粗糙面的功率譜密度函數，通過蒙特卡洛方法產生粗糙面；利用矩量法計算粗糙面的單位雷達散射截面σ0；根據粗糙面散射系數和雙向反射分布函數之間的關系求得粗糙面的雙向反射分布函數；根據求得的雙向反射分布函數進行五參量經驗模型建模；根據模型參數選擇的最佳標準，利用遺傳算法對五參量模型的參數進行優化，求得經驗參數；根據優化得到的經驗參數，利用五參量經驗模型對粗糙面雙向反射分布函數進行建模。與現有技術相比，本專利技術具有優化速度快，建模精度高，建模方法通用性強的優點，可用于粗糙面微波段雙向反射分布函數特性的研究。【專利說明】
本專利技術涉及雷達
，主要涉及，用于獲取粗糙面雙向反射分布函數的數據信息。
技術介紹
隨著激光制導、跟蹤、引信，電磁波(光波)遙感等技術的發展，各種目標、環境表面雙向反射分布函數的研究越來越受到重視，并在光波段和微波段的散射、輻射以及遙感等領域得到了廣泛的應用。粗糙面微波段雙向反射分布函數(BRDF)的建模方法在理論分析與實際應用中均具有重要的意義。在過去的幾十年中，許多粗糙面雙向反射分布函數的獲得方法和建模方法被學者提出用以得到實際粗糙面的雙向反射分布函數，雙向反射分布函數的獲得方法主要為實際測量和理論計算方法。實驗測量方法容易受到實驗條件、測量速度等的限制，很難獲得任意入射和散射條件下的雙向反射分布函數。相比于實際測量方法法，數值計算方法能得到較全面的雙向反射分布函數，但是其過程比較復雜，計算內存消耗大，分析速度慢，尤其是針對大粗糙度的粗糙面，該類方法的計算速度非常緩慢，仿真時間不能滿足工程要求，故該類方法很難應用到實際大尺度粗糙面雙向反射分布函數的獲取中。建模方法具有簡單，速度快，通用性強等優點。利用有限的實驗數據或者計算數據，通過最優算法獲得粗糙面雙向反射分布函數的五參量模型，這樣就會在有限的實驗條件和較短的時間內計算出任意入射和散射條件下的粗糙面 雙向反射分布函數。但是目前國內外粗糙面和目標表面的雙向反射分布函數的研究大多集中于激光和紅外波段，對于微波段的粗糙面雙向反射分布函數的研究卻比較少見。
技術實現思路
本專利技術的目的是要提供，在已有的光波段粗糙面雙向反射分布函數建模的基礎上，增加微波段粗糙面雙向反射分布函數建模的方法，使粗糙面雙向反射分布函數建模的方法更加的全面。為達到上述目的，本專利技術是按照以下技術方案實施的:，包括下述步驟:I)根據地面或海面的功率譜密度函數，通過蒙特卡洛方法產生仿真的粗糙面；2)利用矩量法(MoM)計算粗糙面的單位雷達散射截面σ ?；3)根據粗糙面單位雷達散射截面與雙向反射分布函數的關系:σ 0 = 4 π frcos Θ jcos Θ r,計算粗糙面雙向反射分布函數fy ^ = O °/4 31 cos Θ jCos Θ r,其中Θ i為入射角，Θ r為反射角；4)利用計算得到的粗糙面雙向反射分布函數作為采樣點，按照參數選擇的最佳標準用遺傳算法優化五參量模型中的經驗參數；5)根據優化得到的經驗參數得到五參量模型的具體表達式，從而對粗糙面微波段雙向反射分布函數進行建模；作為優選，所述步驟I)通過實驗獲得所要仿真地面或海面的粗糙面參數及其功率譜密度，并選取一系列振幅獨立的高斯諧波，其中，粗糙面參數包括均方根高度和相關長度；再根據獲得的粗糙面參數和功率譜密度，對所選的高斯諧波進行振幅調制，再對調制后的高斯諧波進行傅里葉變換產生仿真的粗糙面。作為優選，所述步驟4)中五參量模型的表達式為:【權利要求】1.，其特征在于:它包括下述步驟: 1)根據地面或海面的功率譜密度函數，通過蒙特卡洛方法產生仿真的粗糙面； 2)利用矩量法(MoM)計算粗糙面的單位雷達散射截面; 3)根據粗糙面單位雷達散射截面與雙向反射分布函數的關系: O ° = 4 31 frC0S 0 jCOS Θ r, 計算粗糙面雙向反射分布函數fr，fr = 0。/ 4 31 COS Θ jCOS Θ r, 其中Qi為入射角，Θ ^為反射角； 4)利用計算得到的粗糙面雙向反射分布函數作為采樣點，按照參數選擇的最佳標準用遺傳算法優化五參量模型中的經驗參數； 5)根據優化得到的經驗參數得到五參量模型的具體表達式，從而對粗糙面微波段雙向反射分布函數進行建模。2.根據權利要求1所述的粗糙面微波段雙向反射分布函數的建模方法，其特征在于:所述步驟I)通過實驗獲得所要仿真地面或海面的粗糙面參數及其功率譜密度，并選取一系列振幅獨立的高斯諧波，其中，粗糙面參數包括均方根高度和相關長度；再根據獲得的粗糙面參數和功率譜密度，對所選的高斯諧波進行振幅調制，再對調制后的高斯諧波進行傅里葉變換產生仿真的粗糙面。3.根據權利要求1所述的粗糙面微波段雙向反射分布函數的建模方法，其特征在于:所述步驟4)中五參量模型的表達式為: 4.根據權利要求1所述的粗糙面微波段雙向反射分布函數的建模方法，其特征在于:所述步驟5)中根據步驟4)求得的經驗參數kb，kd，kr, a, b的值得到五參量模型的具體表達式，進行粗糙面雙向反射分布函數的建模。【文檔編號】G06F19/00GK103699810SQ201410016087【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日 【專利技術者】郭立新, 茍雪銀, 張連波 申請人:西安電子科技大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種粗糙面微波段雙向反射分布函數的建模方法，其特征在于：它包括下述步驟：?1)根據地面或海面的功率譜密度函數，通過蒙特卡洛方法產生仿真的粗糙面；?2)利用矩量法(MoM)計算粗糙面的單位雷達散射截面σ0；?3)根據粗糙面單位雷達散射截面與雙向反射分布函數的關系：?σ0＝4πfrcosθicosθr，?計算粗糙面雙向反射分布函數fr，fr＝σ0／4πcosθicosθr，?其中θi為入射角，θr為反射角；?4)利用計算得到的粗糙面雙向反射分布函數作為采樣點，按照參數選擇的最佳標準用遺傳算法優化五參量模型中的經驗參數；?5)根據優化得到的經驗參數得到五參量模型的具體表達式，從而對粗糙面微波段雙向反射分布函數進行建模。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭立新，茍雪銀，張連波，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61