专利名称：二阶微扰法随机粗糙面透射特性计算方法
技术领域：
本发明属于电磁辐射领域，具体涉及一种随机粗糙面透射特性的微扰计算方法。
背景技术：
电波传播、通信、目标识别分类、环境系统检测、遥感、生物医学诊断、工程材料测试等众多学科的应用需要，推动了随机粗糙表面电磁辐射、散射和透射研究的深入发展.在解析法求解中，最重要的两种方法是基尔霍夫近似法和微扰法，而其它方法都与这两种基本方法或多或少相关。微扰法的适用条件是，表面标准离差小于电磁波波长的5%左右，且表面平均斜度与波数和表面标准离差之积有同一数量级，即适用于小尺度粗糙度情况。在微波遥感的许多应用都会出现小尺度粗糙度，如海面的小尺度波浪(毛细重力波)，较平坦的裸土表面， 以及月球表面的局部区域等。研究表明在用微波辐射计垂直观测地物表面的辐射亮温时， 这种小尺度粗糙度会对辐射亮温产生重要影响。现有微扰法可考虑零阶、一阶和二阶的散射贡献，其中零阶解是将粗糙面视作平面时相干分量解，一阶解是最低阶的非相干分量解，而二阶解则是对相干分量的最低阶矫正项，对于保持算法的能量守恒，提高反射率、发射率的计算精度有着重要意义。现有微扰法研究多集中在粗糙面的散射研究中，而在透射方面的研究则非常欠缺，实际上，粗糙面的透射特性与散射特性一样有重要的研究价值，如在对土壤、月壤等地物的微波辐射遥感中， 这些地物通常可视作表面粗糙的非等温的分层媒质，要计算这些地物的辐射亮度温度，必须掌握其粗糙表面的透射特性。现有文献仅有一阶微扰法的透射特性研究，但仅考虑零阶和一阶解将造成超过20%的误差，无法满足实际应用的需求。而对二阶微扰法，近来有国外学者基于瑞利假设，仅针对周期介质给出了二阶双站透射系数，但未推导出二阶透射率的解析公式。本发明针对随机粗糙面，基于惠更斯原理和消光定理，用微扰法推导出二阶透射场、二阶双站透射系数和二阶透射率，得到了完整的二阶透射特性并验证了二阶微扰法能量守恒情况及二阶双站透射系数。
发明内容
本发明是为解决现有随机粗糙面微扰法透射模型中忽略二阶项解这一不足之处， 提供一种考虑二阶透射贡献的随机粗糙面二阶微扰法透射特性计算方法，以满足微波辐射遥感定量信息反演的精度要求。二阶微扰法随机粗糙面透射特性计算方法，包含透射场、透射率和双向透射系数的计算步骤，具体为(1)所述粗糙面透射场表示为Ef(T) =^i-K^ik^^i-KJ· + /f ‘ Λ) “ ^1)]Xe1(^lzi) · a,) + f^(k±,k1±m-K,). ,)]其中，LT (kM= K f1 ~k {cos(4 -也).(、,.艮-Ii,) K + K K + K 1
-Iik1l -k2)^dk[F(k[ -ki±)F(k± -F1) -sm(么-<f>k ’) sm(么Φ,) j2jkzkl;2r + CosO4 _ <k ') cos(^ '- φ,) 1
KK+k KK + K
e-k1
kt
K+K +k\zi
K -KJOFm(h -[丄)sm(么-φ,)
-2 dk[F(k[ - kiL )F(k± - k[)
\l/ I
S
kIKKi , -k2)K
k k l€2k + ]<: ]ζ, k^k +
ρζ Iz1 ζIz
(sin(《-么')cos(^ 於+cos((^ -么')sin(《'-φ^1p + J]}
e -k2 Lt
Ki+K KK+k K
{{k1 -KJOFm(K(么-φ,)
+2\dk[F(k[ -LJFik1 -k[)
sin(^ -於)
kp +k2kl2 KK + k K
(KkU - <k ')cos((4 '- φ^+ikp + )cos((^ - φ ι ')sin(^'-武))]
flrik,人)= -
hh 1 11 (K%+k%z)kikiz+k%zi +l\dk[F(k[ -kiL)F(kL-k'L) 1
{k(kX-k\ JF^iI1 -^)008 -^)
-k2) κ+K
a + 八,[-KK2-AkpPpkpi +kpkpk\k
ζIz
■(k'z + ku )kz cos((4 - (4 ') - kk'X2 (Ar12 - k2 )kzkUi cos((4 -么')cos(^ '- ^)]} (2)所述透射率表示为
+ 2Re
t2k.
ΔΙ1 Zl
νΛ,_Γ' VkAiJ
K
mn, +yr
- h2l2 其中丄)~exp
.S!
4
ν y
是随机起伏高度的相关函数的Rnirier变换，
-- h2l2 W(k± -kjA) = —~exp
(3)所述双向透射系数表示为
在入射波h极化，透射波h极化情况下的双向透射系数为
Απ
υ'^-θ,Α^-Θ^ =
Tl^rJ + 2RO(1 + D/ef )(乙丄)
Ki[Ki.
δ(οο5θ,--^)δ(φ, -φ,)
κL· L·^一一 J一一 |2+^Vik1 -蚣)|/ef) (U,.±)|在入射波ν极化，透射波h极化情况下，
1L· L·^· _ 一 ι一一 |2=
^K11在入射波h极化，透射波ν极化情况下，
1b L·^一一 I一一 |2=
iz在入射波ν极化，透射波ν极化情况下，^τΚπ-θ,,φ-,π-α,φ,)= |l + Λ o f + 2 Re l·^ (1 + Λ o (Ill)
bJz Jz^-一一ι一一 |2· ^(cosθ, - -ρδ{φ, - φ,) +-ka)\f^{k,M)\
1iz其中a，b分别为ν极化和h极化的两种情况，且表达镜向透射方向应以9t，(^的
形式叫(於-於)，其中co叫=-f灿五= > 时，et才指向透射方向，ReO表 I. ki JK K
示对括号中的数取实部；/Π) =〈/Γ瓦点丄)〉a,b=v,h
权利要求
1. 二阶微扰法随机粗糙面透射特性计算方法，包含透射场、透射率和双向透射系数的计算步骤，具体为(1)所述透射场表示为
全文摘要
本发明提供了一种二阶微扰法随机粗糙面透射特性计算方法，考虑了二阶项解对粗糙面透射特性的影响，利用微扰法给出了二阶透射场、二阶透射率和二阶双向透射系数的计算方法，扩大了适用范围，提高了精度，满足微波辐射遥感定量信息反演的精度要求。
文档编号G01N21/59GK102175652SQ20111003190
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者华蕾, 宋大伟, 田岩, 陈萍 申请人:华中科技大学, 西安空间无线电技术研究所