[发明专利]星体次表层遥感探测雷达回波模拟及参数反演方法

权利要求书

1.一种星体次表层遥感探测雷达回波模拟方法，所述次表层为最底媒质层，该方法包括：

步骤A1：对星体表面高程数据进行数值插值处理，获取高分辨率地形分布高程数据；

步骤A2：对雷达照射区域的高分辨率地形分布高程数据和该照射区域次表面粗糙面进行三角面元剖分；以及

步骤A3：对雷达天线接收到的分层介质散射回波进行数据模拟，以建立正演模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤A1中，使用三次样条插值方法对星体表面高程数据进行数值插值处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤A2中，所有剖分的三角面元变长尺寸L均满足L＜λ/6，其中λ为雷达发射波长。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤A3中，所述数据模拟包括计算雷达发射电磁波入射到每个三角面元产生的散射场，然后得到照射区域总的散射回波数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤A3包括：

计算雷达探测仪接收到的回波强度：

式中E^r为入射电场经粗糙表面的反射场或者经次表面反射的透射场，n为面元的法向矢量，S为剖分面元构成的仿真区域，G为真空中的格林函数，r为电磁波传播的射程；

根据远场近似条件1/|k|＜＜|r-r₀|，得到

式中为由面元指向雷达天线的单位矢量，当电磁波在相对介电常数为ε_r的介质中传播时，射程r与电磁波实际传播距离r₀的关系为以及

计算雷达天线接收到的分层介质散射回波为

其中T_r是雷达发射的线性调频信号，r_n为剖分三角面元的中心点距离雷达天线的距离，即为距离单元，时延为该距离单元对应的传播时间τ_n＝2r_n/c，c为光速，N为剖分三角面元的数目，t为雷达发射的具有一定带宽的线性调频信号中不同频率点对应的时间，也即为天线观测场的延时时间，公式(3)即为所建立的正演模型。

6.根据权利要求5所述的方法，其中根据Kirchhoff近似、射线追踪和几何光学方法计算次表面反射的透射场。

7.根据权利要求1所述的方法，其中通过对星体次表层探测雷达回波信号和真实观测信号进行对比验证，来验证正演模型。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中所述星体是火星。

9.一种利用根据权利要求1～7中任一项所述的方法得到的正演模型计算星体分层介质特性参数值的方法，包括：

向星体表面发射线性调频电磁波；

接收雷达回波信号；以及

使用雷达回波信号，根据正演模型进行反演问题计算，以得到星体分层介质特性参数值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中分层介质包括三层介质，包括上半无限空间空气层、水冰层和岩石层，分层介质特性参数包括水冰层介质介电常数ε₁、电导率σ₁和介质厚度D，以及岩石层介质介电常数ε₂和电导率σ₂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中根据正演模型进行反演问题计算包括：

将分层介质特性参数记为数组序列x；

设置反演问题的目标函数L(x)为

式中x^opt为最优问题计算中迭代后的参数组最优解，x_real为介质特性参数序列真实值，表示雷达天线实际测量得到的回波电场值，E_i(x)为正演模型计算得到的雷达回波电场值，i为选取的最优值计算中对应频率回波电场值的观测组数，X为分层介质特性参数的取值空间，所述雷达天线实际测量得到的回波电场值是待反演分层介质特性参数的非线性表达式；以及

通过改进的模拟退火算法计算目标函数的全局最小值，通过升温调整步长获得全局最优值作为分层介质特性参数。