林下隐目标相干散射模型及三维结构参数反演方法研究

How to detect and identify an obscured target hidden underneath forest is a scientific challenge. The use of priori information has some limitations, and by extracting the echo of a man-made target through reducing its frequency, it is difficult to eradicate the interference of background clutter and other signals. Through modelling and parameter inversion, this project tries to utilize the information on polarimetric interferometry to enhance the precision for detecting the man-made target hidden underneath forest when the priori information is absent. .The project will do the followings: according to the geometric relationship of a polarimetric interferometric radar, the scattering fields of forest, man-made target and soil will be calculated; the coherent scattering model of a man-made target hidden in the forest will be established by using the target decomposition theory. On this basis, using the polarimetric interferometric coherence coefficients as input parameters, the project proposes the 3D structural parameter inversion method based on the polarimetric coherent tomography theory, thus obtaining the spatial distribution of the man-made target at high altitude. With the method, the obscured target is detected from the forest. Through constructing a polarimetric interferometry hard-in-loop synthetic aperture radar (SAR) in an anechoic chamber, the polarimetric interferometry data of typical forest vegetation, soil and obscured target will be obtained. The model and the parameter inversion method will be validated through experiment. This project will help lay an academic foundation for the application of a polarimetric SAR interferometry to the detection of the target hidden in a forest.

如何探测与识别隐藏在森林中的人造目标是一个具有挑战性的科学问题。利用先验信息存在局限性，而仅通过降低频率提取人造目标的回波幅度，背景噪声及其它信号的干扰难以消除。本项目尝试从建模及参数反演的角度，在先验信息缺乏的情况下，充分利用极化干涉信息，提高林下隐目标探测的准确度。.具体方法是：根据极化干涉雷达几何关系，分析并推导隐藏人造目标森林植被的散射场，基于目标分解理论建立林下隐目标相干散射模型；在此基础上，以极化干涉相干系数作为输入参量，提出基于极化相干层析理论的三维结构参数反演方法，获得高程上的人造目标分布特征。通过在微波暗室内构建极化干涉半实物合成孔径雷达系统，获取由典型森林植被、人造目标和土壤构成场景的极化干涉数据，对模型及反演算法进行实验验证。本项目的研究将为极化干涉雷达在林下隐目标探测方面的应用奠定理论基础。

森林覆盖下隐藏人造目标的精确探测不仅对于作战双方的战略决策至关重要，在打击恐怖主义非法活动方面也具有重大意义。在项目中主要开展了林下隐目标的相干散射建模，并利用参数反演方法获取隐藏目标三维结构剖面信息的研究。取得的成果主要包括以下四个方面： . 1、采用时频域变换定量推导了极化衰减差异与回波电平的数学关系，揭示了当采用工作频率较低雷达进行探测时，森林植被的主要干扰来自于树干，为建模仿真提供了数据支撑。. 2、提出了一种简单而有效的散射特性多维成像技术，获得目标散射点的位置和幅度信息，该技术为人造目标散射特征的研究提供了依据。. 3、推导了极化干涉相干系数与目标高度、森林衰减系数、地形相位等参数之间的数学关系，建立了森林植被-人造目标-土壤三层相干散射模型。. 4、结合极化相干散射三层模型，将成像区域的每个像素元作为一个探测区域，以测量获得的全极化干涉相干系数作为输入参量，采用三阶段法逐步反演出模型中的物理参量。. 最终发现当发射频率范围为L波段时，采用HH极化的目标探测效果较好，说明了通过增加极化信息，能提高目标探测的准确度，为林下隐目标的探测提供了一种可行方法和基础数据。