毫米波段雨介质双基雷达反射率的神经网络模型.pdfVIP

毫米波段雨介质双基雷达反射率的神经网络模型+ 黄际英 姜胜勇 杜文启 007l 西安电子科技大学理学院 西安71 摘要：本文利用神经网络方法得到了毫米波段雨介质的后向散射系敬及双 基雷达反射率的预报模型。且将计算结果与其他解析算法进行了比较，结果表明 用神经网络方法所建模型是有效的。 l引言 毫米波雷达的分辨事高，糖带宽，隐蔽性好，鉴别动目标能力强，体积小，重量轻等优 点．使它在现代战争中起着重要作用。然而战场环境复杂多变，战场烟雾、沙尘、雨、雪等对 其性能有严重影响，尤其以降雨电磁环境为甚。雨介质对电磁波的吸收、散射使雷达作用 距离变短，检测性能变差。因此，为了给双基雷达的总体设计及性能评估提供技术依据，必 须对雨介质的电磁散射特性进行研究，建立相应的预报模型。在这方面有不少方法可得到 解析模型，但是在建模过程中必须对雨介质的介电特性及雨滴的统计分布特性进行长期 的耗资巨大的测量，并且这些模型在精度、计算速度与复杂度等方面均需作重大改进。为 了克服这些缺点，本文将利用抻经网络技术中的BP算法来建立雨介质的后向散射系数 与降雨率、工作频率，双基雷达反射率与降雨率、散射角等的非线性关系模型。本文所作工 作表明利用神经网络方法来研究毫米波段雨介质的散射问题是一种简便可行的方法。 2雨介质的双基雷达反射率 为了描述雨滴对电磁渡的散射作用，首先引人单个雨滴的双基散射截面，其定义为 ，一恐罐譬 莨中r是观察点到雨滴的距离，El为入射场，E为散射场，当将雨滴视为球形时可利用Mie 理论一来计算u，它与雨滴的复介电系数r、雨滴的直径D、工作频率f以及与入射场传播 方向和后射场方向的竞角即散射角q有关。 ·国防科技预研基金项目资助，97J4．6．2Dzo 一38 雷达天线接收的是一群大小不同的雨滴的散射功率的总和，假定组成雨滴的粒子是 互相独市、无规则分布的，即雨滴散射场之M不存在相干的相位关系，则这群粒子同时在 天线造成的总散射功率的平均值，等于每个粒子散射功率的总和。固此我们定义双基雷达 反射率为单位体积内全部降雨粒子的双基雷达截面之和，并用”表示，即 1=∑％(，，D，日．) f2—2) 值得注意的是影响雨滴散射场强弱的因素除了考虑单位体积内雨滴的数目，还要考虑到 雨滴尺寸统计分布特性。雨滴尺寸分布(雨滴谱)是指在降雨的某一时刻，不同尺寸的雨滴 在空间的分布情况。长期以来使用的雨滴谱有L—P分布、MP分布和对数正态分布，其 中以L—P分布使用最广泛，但它对小雨滴作用估计不够充分，随着工作频率的升高，在 到达94Gl-Iz以后，小雨滴的作用不可忽略，由于L—P分布是一种离散的雨滴尺寸分布， 不能很好的描述雨滴直径Dlmm的尺寸分布情况，困而本文采用Weibull分布，它虽然 是一种从雨滴形成过程中严格推导出来的雨滴谱，但不论在小雨和大雨情况均与实验值 符合较好，其表达式为： Ⅳ(D)：N。立(旦)b-lexp(一_D)2 (2—3) o Ⅱ u 其中 No=1000m。3a一0．26R““b=0．95R”4 N(D)的单位为m_3mm，R为降雨率，单位为mm／h。于是(2—2)式变为 _=l。。N(D)口(，，_9，目．)dD (2—4) J‰ r式中D。。，D～分别表示雨清的最大尺寸与最小尺寸，N(D)dD为单位体积内雨滴粒子 直径处于D～D+dD之问的滴子数。双基雷达反射窜的单位为Film2m一，它是工作频率f、 降雨率R与散射角＆的函数，当＆为】80。时n即为后向散射系数。 3后向传播神经网络方法 后向传播神经网络