典型地面背景电磁模型等效参数反演技术研究

发布时间：2017-08-05 20:30

  本文关键词：典型地面背景电磁模型等效参数反演技术研究

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【摘要】：微波遥感雷达系统被广泛应用于地表环境监测和目标探测识别等领域,现如今关于地表对电磁波散射行为的调制机理和规律已有大量地表散射模型,这些模型在工程上主要包括“正、逆问题”两方面：正问题中只要有合理的粗糙度和介电参数输入电磁散射模型中,就能产生指定地貌的雷达回波；逆问题则通过测得的回波幅度,结合模型的对应关系反演出地貌的粗糙度和介电参数。该两方面问题的研究由于有各自不同的出发点而相对孤立,而对正问题而言,为了使散射模型在工程上有效化,除了散射模型的描述能力之外,保证输入参数的准确性也是关键。因此,研究地表等效参数从自然语言到算法语言的有效映射,形成等效参数边界模型,是地表散射模型实用化的重要前提之一。本文首先介绍了几种自然界典型地貌,并建立了其介电常数模型,总结了地貌几何特征的两个关键参数及该参数针对几种地貌的初始反演范围；其次,介绍了几种随机粗糙面电磁建模方法,考察了积分方程地表散射模型的适用范围和精度,分析了地表几何参数对其后向散射系数的影响。利用地貌后向散射系数的实测数据与地表电磁模型,进一步通过遗传算法反演得到等效参数边界。本文中为了实现反演边界的目的,在传统遗传算法的基础上提出了两个新方法,它们分别是：为了获得多解的反向变异方法,即找到最优解之后,不断循环找到符合要求的多个次优解；为了停止算法迭代的个体重复判据,即通过判断解集中个体的重复率来适时地停止算法,该方法同时也能够保证解集反演完整；最后,本文将基于反演得到的等效参数边界数据集建立了等效参数边界数学模型,并对模型进行验证和误差分析。结果表明,利用模型计算出来的几何参数,通过随机粗糙面电磁模型计算出的后向散射系数和实际地貌的情况吻合的较好。该等效参数边界模型一旦成熟利用,不但充实了仿真软件后端的数据库,为散射模型提供有效的输入,使其在正问题应用中实用化。而且利用该等效参数边界模型获得的几何参数计算出的后向散射系数,能够作为双站电磁散射的实测数据,从而为建立双站电磁模型提供前提。
【关键词】：介电常数模型 随机粗糙面电磁模型 反演技术 遗传算法 等效参数边界模型
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 粗糙面电磁散射建模国内外研究现状10-11
• 1.2.2 遥感反演技术国内外研究现状11
• 1.3 论文研究内容及目标11-12
• 1.4 论文组织结构12-13
• 第二章 典型地貌特征13-25
• 2.1 典型地貌的介电特性13-19
• 2.1.1 土壤介电常数模型13-16
• 2.1.2 沥青、混凝土介电常数模型16-17
• 2.1.3 沙地介电常数模型17-18
• 2.1.4 植被介电常数模型18-19
• 2.2 典型地貌的回波特性19-23
• 2.2.1 地表电磁后向散射系数实测数据19-21
• 2.2.2 地表关键性几何参数的介绍21-23
• 2.3 本章小结23-25
• 第三章 典型地貌电磁建模方法25-35
• 3.1 随机粗糙面电磁散射建模方法25-29
• 3.1.1 基尔霍夫近似法25-28
• 3.1.2 微扰法28
• 3.1.3 小斜率近似法28-29
• 3.1.4 积分方程法29
• 3.2 关于随机粗糙面的IEM模型29-34
• 3.2.1 IEM模型推导过程30-33
• 3.2.2 IEM模型算例演示33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 地面等效参数反演35-47
• 4.1 利用遗传算法实现随机粗糙面等效参数反演35-38
• 4.1.1 遗传算法及其反演流程简介35-36
• 4.1.2 三种改进的遗传算子36-38
• 4.2 遗传算法如何实现地表等效参数边界反演38-41
• 4.2.1 寻找次优解39-41
• 4.2.2 算法停止迭代的条件41
• 4.3 反演的等效参数结果验证41-45
• 4.3.1 遗传算法验证41-42
• 4.3.2 反演单个解的结果验证42-43
• 4.3.3 反演多个解的结果验证43-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 地表等效参数模型47-57
• 5.1 数据处理与建模47-51
• 5.1.1 线性模型47-48
• 5.1.2 高斯模型48-51
• 5.2 模型验证与误差分析51-55
• 5.2.1 模型验证51-54
• 5.2.2 误差分析54-55
• 5.3 本章小结55-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 研究工作及其成果总结57
• 6.2 存在的不足以及后续工作展望57-59
• 致谢59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

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本文编号：626846