折射率参数的海杂波反演简析.doc

折射率参数的海杂波反演 Ⅰ. 引言 蒸发波导和有基础层贴地波导(图1)是严重影响船用雷达工作性能的两种常见折射率结构。波导出现时低高度上的传播损耗通常远低于标准大气条件，从而增加低高度目标的可探测距离。 世界上出现有基础层的贴地波导的时间概率约15%，南加利福尼亚海岸约为25%，在波斯湾约为50%(Patterson,1992)。尽管有基础层贴地波导的出现率比蒸发波导小，但它们的影响通常更加剧烈。雷达平面显示器(PPI)上它们常常显示为圈状杂波，见图2(SPANDAR在第二节中叙述)，并且它们可导致3-D雷达更大的高度误差，因为低仰角的扫描不像标准大气环境中所预期的能量向上折射，而是陷获在地球表面附近。遥感和数值天气预报的许多研究都是要得到海面上1000m以内的折射率评估结果[见Ritchter,1995;Rogers,1997]。评估和地面层无关的折射率结构的其他方法是当地的无线电探空或火箭探空[Rowland等，1996]，或者通过数值气象预报模式得到[参见Haack和Burk，2001]。 因为有基础层贴地波导的效应在雷达杂波中是，从杂波中提取折射率波导结构就可能是可行的。和现有的其他应用方法相比这种“杂波折射率”(RFC)可能提供近实时的以及方位相关的波导条件信息，相比而言，现有方法中基于船上释放的当地测量仪器得到波导特性参数，其仪器的滞后时间测试从几十分钟到数小时。不仅如此，在船上使用雷达时RFC可能既不需要附加的辐射，也不需要甲板上的附加仪器；这是本文所特别虑及的因素。 由雷达杂波观测推测折射率参数是一个反演问题。Tarantola[1987]设计了解决这种问题的Bayesian方案。有基础层贴地波导的RFC中Bayesian方案涉及到如下一般步骤： 1. 输入数据是接收的离散距离r1、r2、…rN处的杂波功率向量。 2. 构建一个环境模式，这个模式将环境参数向量映射到一个在感兴趣的离散的距离和高度范围的修正折射率值的向量或矩阵。 3. 建立一个复合电磁波(EM)传播模式(我们使用TPEM[Barrios,1994])和将映射到复制场的雷达模式。 4. 建立计算与符合程度的目标函数f。 5. 建立用于在中有哪些信誉好的足球投注网站求解的优化值的全局优化算法。 6. 用正向模式解的检验或解的误差估计/分布来评估解的质量[例如见Gerstoft和Mecklenbr?uker，1998]。这是重要，因为全局解通常给出的是一种估算，质量评价的结果可能揭示出使用的环境模式。为方便起见我们把这个过程称为全局参数算法，因为元素的每次重新组合都需要重新运行一次正向问题模式。 最先是Krolik和Tabrikian[1998]把有基础层贴地波导折射率参数的推算问题看成最大后验(MAP)估值问题。这一初期工作中环境参数向量仅有三个元素：两个描述折射率垂直结构、一个描述环境随距离的变化。这个算法在某些情况下运行很好；但是优化复制场经常和观测数据不匹配。这个现象可以归因于海杂波雷达散射截面沿水平面上的变化。但是主要问题更可能是折射率环境参数的模式太简单，这个模式不能反映折射率结构特性水平的变化。但是应注意到，尽管水平变化不是拟合结果的原因，它仍对反演结果产生不好的影响，这将在第5.3节中研究。 两个研究组用两种不同方法处理了折射率环境更真实模式的需求问题。Krolik和他的合作者研究一种前进算法，这种算法中描述折射率的参数在抛物方程模式的每一步进中都要更新，并且环境参数随距离的变化假定是马尔科夫过程。使用这一前进算法的必威体育精装版结果[Anderson等，2001]和本文给出的结果是可比的。 本文的工作致力于使用折射率环境垂直和水平结构参数化的全局参数算法。这个方法是一个用基因算法有哪些信誉好的足球投注网站方案的多参数优化问题[Gerstoft,1994]。全局参数算法的实现方法反映了单个组成因素成熟程度的变化： 1. 不明确指定最优选择；由于是非线性的，所以由到的映射通常也是非线性的。这就不用Karhunen-Loeve之类的工具来确定主要因素。一般讲我们期待增加更多的参数会使更好地匹配。但是如果和对附加限制都不会造成解的约束，就可能估计出不真实的值。另外添加更多的参数会增大有哪些信誉好的足球投注网站空间。因此的建模是参数数目最少(为了减小有哪些信誉好的足球投注网站空间)和参数足以获得和最接近的拟合结果之间的一种平衡，同时对解加以约束使限制在和实际观测的折射率结构一致结果上。 2. 用于计算的电磁波(EM)传播模式相当成熟[Levy,2000;Dockery,1998]，这要像雷达系统模式一样成熟。 3. 海杂波的雷达散射截面随环境参数变化的建模以及它对掠射角的敏感性都还不太成熟，这将在第3.5节讨论。我们通过使目标函数对的平均值不敏感来控制海杂波建模中的不确定性，这样就使我们不需要对其精确建模。同时我们使用的第一点海