基于深度学习的反演方法在多波段雷达成像中的应用 .pdfVIP

基于深度学习的反演方法在多波段雷达成像

中的应用

雷达成像技术是一种通过雷达信号来获取地面信息的方法，代表了现代成像技

术的前沿。在现代雷达成像系统中，多波段雷达成像技术被广泛使用，它具有更好

的图像质量、更高的图像分辨率和更好的抗干扰能力。而在实际应用中，如何通过

雷达信号来准确反演目标物体的物理特性，一直是研究人员关注的热点问题之一。

基于深度学习的反演方法，因具有自适应性强、网络结构可扩展、反演能力强等多

种特点，成为了雷达成像反演方法的主流发展方向之一。

一、多波段雷达成像技术概述

多波段雷达成像技术是指通过使用多个跨越射频、微波、毫米波、红外等频段

的雷达信号，来获取目标物体的散射特性，并通过数据处理算法来获取目标物体的

空间分布信息。在多波段雷达成像系统中，每个波段的特性和性能都不同，以气象

雷达为例，不同波段的探测距离和探测能力也不同。例如，S波段雷达波长短，适

合探测小尺度极端天气系统以及强降水区域；而C波段雷达波长较长，适合探测

中等规模的降水和气旋；X波段雷达波长更长，不易受云层干扰，适合对较远地区

进行较为准确地点预测。

二、多波段雷达成像反演方法的挑战

多波段雷达成像反演方法的主要挑战在于获得目标物体的物理特性参数。首先

是要提取目标物体的散射特性，即将雷达信号中的目标物体散射信号从总反射波中

分离出来。这需要借助信号处理技术提取目标物体的反射信号，并对反射信号进行

解调、去噪等信号处理操作。其次是要建立目标物体的反演模型，即建立描述目标

物体与雷达信号相互作用的模型，并通过模型对目标物体的电学特性、等离子体参

数或者其他需要反演的物理参数进行反演。

传统的多波段雷达反演方法大多依赖于人工设计的特征提取方法和机器学习算

法，如支持向量机（SVM）、朴素贝叶斯分类器（NaïveBayes）等，这些方法需

要知道目标物体的特征集，而实际中目标物体特征集的选取和数量都是不确定的。

同时，这些算法在处理大规模数据时不能保证时间和空间的效率，算法的复杂度和

实际应用难度都较大。

三、基于深度学习的反演方法的优势

基于深度学习的反演方法是基于神经网络的反演方法，在处理多波段雷达成像

反演问题时具有以下优势：

1.自适应性强：DL（DeepLearning）模型可以优化自身，以提高准确性和精度。

在DL网络中，特征提取、特征组合和反演输出是一步完成的，不需要人工干预。

2.网络结构可扩展：DL网络不依赖于特定的特征提取方法，而是自己提取特

征并进行学习。这大大减少了特征提取的人工干预，而且网络结构可以根据应用需

要自由定制，具有高可扩展性。

3.反演能力强：DL网络拥有很强的学习能力，可以训练适合于不同目标物体

的反演模型，提高模型的准确度和精度。

四、基于深度学习的反演方法在多波段雷达成像应有着广泛的应用前景，例

如在气象雷达、空间联合雷达等领域中，提高雷达反演处理的效率和准确度。

在气象雷达中，基于深度学习的反演方法已经被用于强降雨和雷暴监测，可以

通过反演出水平风场、降水类型、降水强度和降水粒子类型等多种参数，提高气象

灾害预警的准确性和及时性。同时，此方法可以对复杂地形和不规则的降水过程进

行有效反演，解决了传统算法中存在的边缘效应和不准确性问题。

在空间联合雷达中，将多种雷达数据进行综合反演可以得到更准确的物理特性。

基于深度学习的反演方法可以有效整合不同波段、不同载波的雷达数据，在反演目

标物体的电学特性、等离子体参数和表面特性等方面具有广泛的应用前景。

五、结论

基于深度学习的反演方法已经开始在多波段雷达成像领域中得到广泛的应用。

该方法具有自适应、网络结构可扩展的特点，反演能力强。在气象雷达和空间联合

雷达中的应用，展现了基于深度学习的反演方法的很好优势，这使得其在雷达反演

中有着更广泛和更深入的探发发展前景。