可控环境下多层介质目标微波特性全要素测量与散射机理建模

This project aims at studying the complex interacting mechanism and process between microwave and the multilayer medium target. The "Scientific Experimental Platform for Measuring and Simulating the Microwave Property" is the core of our research, which provide a pure and interference-free experiment condition and environment. All-factor (0.8GHz - 20GHz, single polarization / dual polarization / polarimetric, full incidence angle, full azimuth, mono-static/bi-static) measurement of microwave properties for selected multilayer medium target, and the simulation of imaging process of ground- based SAR will be carried out in this study. The experiment design and measurement for multilayer medium target will be conducted to provide basic data for analysis and mechanism modeling. For the process being unable to reproduce with experiments, MOM electromagnetic calculation and simulation will be utilized to provide supplementary data. Based on the experiment and measurement data, interacting mechanism of multilayer will be analyzed for selected multilayer medium targets to realize the step-by-step modeling and precision control for "component - target - scene". The analysis method on high dimensional mass dataset, algorithms for parameter extraction and characterization on various targets will be developed. “Basic experiment - mechanism analysis - remote sensing modeling”, the new idea with whole process of experiment, analysis, modeling will be explored. "Platform for analyzing and data sharing on target microwave property” will be established to accumulate basic scientific data for microwave remote sensing research, to improve the theoretic research, experiment and application of microwave remote sensing.

以微波电磁波与多层介质目标之间的复杂作用机理与过程为研究对象，以“微波特性测量与仿真成像科学实验平台”所构建的纯净无干扰测试环境为核心，开展代表性多层介质地物目标的微波特性全要素（0.8GHz—20GHz、单极化/双极化/全极化、全入射角、全方位向、单站/双站）测量，开展地基SAR成像过程仿真模拟；针对多层介质目标进行实验设计与测量，对无法实验再现的作用过程采用MOM电磁计算模拟方法进行数据补充，为机理分析与建模提供基础科学数据；针对代表性多层介质目标层间交互作用进行机理分析，以实验测量数据为基准，实现“组件—目标—场景”分步建模与精度控制；研究高维海量测量数据分析方法、地物目标特征参量提取与表征算法；探索“基础实验—机理分析—遥感建模”的全流程实验、分析、建模新思路，建立“微波特性数据分析与共享平台”，为微波遥感科学研究积累基础科学数据，提高我国雷达遥感理论、实验与应用水平。

“微波目标特性测量与仿真成像科学实验平台”可以在 24m（长）×24m（宽）×17m（高）空间内构建了纯净无干扰的微波测试环境；精确的轨道系统可以实现天线与待测目标之间定量化的相对位置与相对运动控制；能够获取待测目标在0.8GHz-20GHz频率范围内的连续微波波谱特征；同时可以完成对典型组件-目标-场景的微波特性全要素（多波段、全极化HH/HV/VH/VV、多角度0°-90°、全方位向 0°-360°微波特性测量与SAR成像模拟。本项目以微波电磁波与多层介质目标之间的复杂作用机理与过程为研究对象，基于该实验平台，开展了水稻、土壤、水体等典型多层介质地物目标的微波特性全要素测量实验，共计获取了雷达后向散射系数测量数据3000余万条，获取了多波段、多极化ISAR仿真图像1万余景。研究了水稻目标组件的介电特性和多层介质目标散射特性及层间交互作用，实现了“组件—目标—场景”分步建模与精度控制。运用机器学习方法研究了高维海量测量数据分析方法地物目标特征参量提取与表征算法，并开展了土壤厚度的预测方法探索。此外，通过分析不同类型油膜-水体分层介质目标的微波散射特性规律，验证了基于TSM模型的油膜-水体双层介质微波散射模型，研发了水面混合污染物全极化SAR图像分类算法，并应用于复杂场景条件下的SAR图像海面污染物分类识别。本项目实现了“基础实验—机理分析—遥感建模”的全流程实验、分析、建模新思路，提出了典型地物目标/场景微波基准数据集实验室测量规范，建立了实验室微波特性测量数据产品分级分类体系，开发了基于WEB的“微波特性数据分析与共享平台”网站，为微波遥感科学研究积累了基础科学实验数据，促进了微波遥感基础科学实验数据与应用的国内外交流。