# surfaceReflectivityLand
地表归一化反射率
函数库: TyRadar
# 描述
此系统对象计算陆地表面的归一化反射率。归一化反射率是表面单位面积的雷达横截面。乘以表面的总面积或表面的照明面积，得到雷达的总截面。归一化反射率也称为表面
要计算归一化反射率，请执行以下操作：
创建 surfaceReflectivityLand 对象并设置其属性；
用 step 调用对象，就好像它是一个函数一样。
# 构造
# 用法
refl = surfaceReflectivityLand( )
refl = surfaceReflectivityLand( ; Name = Value)
# 说明
refl = surfaceReflectivityLand( ) 为陆地曲面创建标准化反射率对象 refl。使用此对象生成归一化雷达横截面（NRCS）。此语法使用"Barton 土地模型和 "Flatland" 土地类型创建标准化反射率对象。
不建议在定义的有效性区域之外使用模型。有关可用模型以及模型的有效频率和掠射角的详细信息，请参见 "Model" 属性描述。有关每个模型适用的土地类型的信息，请参见 "LandType" 特性帮助。
refl = surfaceReflectivityLand(; Name = Value) 为指定特性 "Name" 设置为指定值的陆地曲面创建标准化反射率对象。您可以按任何顺序指定其他名称-值对参数，如（Name1 = Value1，…，NameN = ValueN）。
示例： refl=surfaceReflectivityLand(Model="GIT"，LandType="Soil"，SurfaceHeightStandardDeviation=1) 使用 LandType 为 Soil 且 SurfaceHeightStandardDeviatation 为 1 的 GIT 模型为土地创建标准化反射率对象。
# 属性
除非另有说明，否则属性是不可调用的，这意味着在调用对象后不能更改它们的值。调用对象时对象会锁定，释放功能会解锁对象。
如果属性是可调的，则可以随时更改其值。
Model - 土地反射率模型"Barton"（默认值）| "APL" | "Billingsley" | "GIT" | "Morchin" | "Nathanson" | "UlabyDobson" | "ConstantGamma"
陆地反射率模型，指定为 "Barton"、"APL"、"Billingsley"、"GIT"、"Morchin"、"Nathanson"、"UlabyDobson" 或 "ConstantGamma"。模型和土地类型的描述如表土地反射率模型和土地类型所示。
LandType - 土地类型字符 | 字符串
土地类型，指定为字符或字符串。允许的土地类型及其默认值取决于模型特性。如果未指定 Model 属性，则默认土地类型为 "Flatland"。模型和土地类型的描述如表土地反射率模型和土地类型所示。
SurfaceHeightStandardDeviation - 表面高度标准差0（默认值）| 标量
表面高度的标准偏差，指定为正标量。单位为米。
依赖项
若要启用此属性，请将 SurfaceType 属性设置为 "land"，并将 Model 属性设定为 "GIT"。
Polarization - 反射率模型的平均偏振"H"（默认值）| "V"
反射率模型的平均偏振，指定为 "H" 或 "V"。"H" 表示水平极化，"V" 表示垂直极化。
依赖项
若要启用此属性，请将 Model 属性设置为 "UlabyDobson"，并将 EnablePolarization 属性设置为 false。
Gamma - 地形伽玛值-20（默认值）| 实数标量 | 2 乘 2 实值矩阵
恒定伽马杂波反射率模型中使用的伽马值，指定为标量或 2 乘 2 的实值矩阵。伽玛值取决于地形类型和工作频率。默认值代表平坦的土地。单位为 dB。
- 如果 EnablePolarization 为 false，则将 Gamma 指定为标量；
- 如果 EnablePolarization 为 true，则将 Gamma 指定为标量或 2 乘 2 矩阵，使 Gamma=[GammaHH GammaHV；GammaVH GammaVV]。当指定为标量时，假设所有极化分量都相等。
要控制偏振 Gamma 情况下的散斑值，请将所有组件的唯一散斑值的 "CrossPolarization" 属性设置为 "Full"，或将 "Symmetric" 设置为 HV=VH 的散斑数值。
示例： -15
依赖项
若要启用此属性，请将 Model 属性设置为 "ConstantGamma"。
Speckle - 斑点分布类型"None" (默认) | "Lognormal" | "Rayleigh" | "Weibull"
斑点分布类型，指定为 "None" 、"Lognormal" 、 "Rayleigh" 或 "Weibull"。散斑是一种乘法因子，用于使杂波数据看起来更嘈杂，尤其适用于成像应用。
散斑与杂波 RCS 相关，并应用为 I=σ*n，其中 σ 表示杂波 RCS，n 表示随机数，这些随机数通常来自独立的同分布单位平均噪声统计分布。
- None —— 不应用斑点；
- Lognormal —— 斑点具有对数正态分布。使用 SpeckleMean 和 SpeckleStandardDeviation 属性定义分布。这些属性的默认值会产生具有归一化平均对数正态分布的散斑；
- Rayleigh —— 斑点具有瑞利分布。使用 SpeckleScale 特性定义分布。此属性的默认值将创建具有单位平均瑞利分布的散斑；
- Weibull —— 斑点具有威布尔分布。使用 SpeckleScale 和 SpeckleShape 特性定义分布。这些属性的默认值会创建具有单位平均瑞利分布的散斑。
SpeckleMean - 对数正态分布散斑值的平均值-0.5*log(2) (默认值) | 标量
对数正态分布散斑的平均值，指定为标量。
依赖项
若要启用此属性，请将 Speckle 属性设置为 "Lognormal"。
SpeckleStandardDeviation - 对数正态分布散斑的标准偏差sqrt(log(2)) (默认值) | 非负标量
对数正态分布散斑的标准偏差，指定为非负标量。
依赖项
若要启用此属性，请将 Speckle 属性设置为 "Lognormal"。
SpeckleScale - 威布尔和瑞利散斑分布的尺度参数sqrt(4/π) (默认值) | 非负标量
瑞利分布和威布尔分布的散斑比例参数，指定为正标量。
依赖项
若要启用此属性，请将 Speckle 属性设置为 "Rayleigh" 或 "Weibull"。
SpeckleShape - 威布尔分布的形状值2 (默认值) | 正标量
威布尔散斑分布的形状值，指定为正标量。
依赖项
若要启用此属性，请将 Speckle 属性设置为 "Weibull"。
# 用法
# 语法
nrcs, = step(refl, graz, freq)
nrcs, speck = step(refl, graz, freq)
# 说明
nrcs, = step(refl, graz , freq) 返回角度 graz 和频率 freq 下表面的归一化雷达横截面 nrcs。当 Model 属性未设置为 "Billingsley" 时，graz 被解释为掠入射角。然后，它被解释为一个凹陷角度。 示例
nrcs, speck = step(refl, graz , freq) 也返回乘法散斑 speck。
# 输入参数
graz - 掠角或凹陷角长度为 Q 的实向量
表面相对于雷达的掠角或俯角，指定为长度为 Q 的实向量。当土地模型属性设置为 "Billingsley" 时，该角度被解释为凹陷角度，凹陷角度在 -90° 和 90° 之间。对于所有其他模型，该角度被解释为 0° 至 90° 的掠入射角。单位是度。
freq-发射频率长度为 R 的正值向量
传输频率，指定为长度为 R 的正值向量。单位为赫兹。
示例： 70e9
# 输出参数
nrcs - 归一化表面反射率Q 乘 R 实值矩阵 | 2 乘 2 乘 Q 乘 R 实值阵列
归一化表面反射率，以Q 乘 R 实值矩阵或 2 乘 2 乘 Q 乘 R 实值阵列的形式返回。Q 是掠角 graz 的长度，或者仅对于陆地表面，是凹陷角。R 是频率向量 freq 的长度。nrcs 是无量纲的，但通常表示为 m²/m²。归一化反射率也称为归一化雷达截面 (NRCS)。
- 对于非极化反射率情况，nrcs 作为 Q 乘 R 实值矩阵返回；
- 对于偏振反射率的情况，nrcs 作为 2 乘 2 乘 Q 乘 R 实值阵列返回。对于 Q 和 R 的每个值，NRCS 形成以下形式的极化归一化雷达截面 (NRCS) 反射率矩阵 s
其中
在给定掠入射角和频率下，使用最近邻插值计算交叉偏振分量
依赖项
要启用偏振反射率，请将 EnablePolarization 设置为 true。
speck - 乘法散斑Q 乘 R 矩阵| 2 乘 2 乘 Q 乘 R 阵列
乘法散斑，以 Q 乘 R 矩阵的形式返回，其中 Q 是角度向量在 ang 中的长度，R 是频率向量在 frequency 中的长度。对于偏振反射率情况，散斑以 2 乘 2 乘 Q 乘 R 阵列的形式返回。
# 示例
默认土地模型的表面反射率
绘制 5 到 90 度掠入射角的归一化雷达横截面。假设默认的 "Barton" 土地模型和 "Flatland" 土地类型。将雷达频率设置为 1 GHz。
using TyRadar
using TyPlot
using TySignalProcessing
grazAng = 5:90
freq = 1e9
reflectivity = surfaceReflectivityLand()
nrcs, = step(reflectivity, grazAng, freq)
plot(grazAng, pow2db(nrcs))
grid("on")
xlabel("Grazing Angle (deg)")
ylabel("NRCS (dB m^2/m^2)")
title("Barton Land Model with Flat Land Type")
GIT 土地模型的表面反射率
使用 GIT "Model" 和 "Soil" 土地类型创建归一化反射率对象。在 20 到 60 度的掠入射角上，获得频率为 3 GHz 的归一化雷达截面。假设表面高度标准偏差为两米。绘制表面反射率。
using TyRadar
using TyPlot
using TySignalProcessing
grazAng = 20:60
freq = 10e9
reflectivity = surfaceReflectivityLand(;
Model="GIT", LandType="Soil", SurfaceHeightStandardDeviation=2
)
nrcs, = step(reflectivity, grazAng, freq)
plot(grazAng, pow2db(nrcs))
grid("on")
xlabel("Grazing Angle (deg)")
ylabel("NRCS (dB m^2/m^2)")
title("GIT Model")
Billingsley 土地模型的表面反射率
使用Billingsley "Model" 和 "LowReliefRural" 土地类型创建归一化反射率对象。在 0.1 到 3 度的凹陷角上，获得频率为 3 GHz 的归一化雷达截面。绘制表面反射率。
using TyRadar
using TyPlot
using TySignalProcessing
depAng = 0.1:0.1:2
freq = 3e9
reflectivity = surfaceReflectivityLand(; Model="Billingsley", LandType="LowReliefRural")
nrcs, = step(reflectivity, depAng, freq)
plot(depAng, pow2db(nrcs))
grid("on")
xlabel("Depression Angle (deg)")
ylabel("NRCS (dB m^2/m^2)")
title("Billingsley Model")
UlabyDobson 土地模型的表面反射率
对于草地类型，使用 Ulaby-Dobson 模型创建归一化反射率对象。在 1 到 10 度的掠入射角上，获得频率为 10 GHz 的垂直和水平极化的归一化雷达截面。绘制表面反射率。
using TyRadar
using TyPlot
using TySignalProcessing
grazAng = 1:0.1:10
freq = 10e9
reflectivity_v = surfaceReflectivityLand(;
Model="UlabyDobson", LandType="Grass", Polarization="V"
)
nrcs_v, = step(reflectivity_v, grazAng, freq)
reflectivity_h = surfaceReflectivityLand(;
Model="UlabyDobson", LandType="Grass", Polarization="H"
)
nrcs_h, = step(reflectivity_h, grazAng, freq)
plot(grazAng, pow2db(nrcs_v))
hold("on")
plot(grazAng, pow2db(nrcs_h))
grid("on")
legend(["Vertical Polarization", "Horizonal Polarization"])
xlabel("Grazing Angle (deg)")
ylabel("NRCS (dB m^2/m^2)")
title("Ulaby-Dobson Model")
在雷达场景中创建反射性陆地表面
配置一个雷达场景以模拟反射地表。添加一个地表对象以定义场景表面的物理属性。该表面是一个简单的 200 × 200 米的矩形。使用 surfaceReflectivityLand 函数创建一个常数伽马反射率模型，伽马值为 -10 dB。使用场景的 landSurface 方法将矩形地面区域和雷达反射率模型添加到场景中。使用 16 米的表面参考高度。
using TyRadar
scene = radarScenario(; UpdateRate=0, IsEarthCentered=false)
refl = surfaceReflectivityLand(; Model="ConstantGamma", Gamma=-10)
srf = landSurface(
scene; RadarReflectivity=refl, Boundary=[-100 100; -100 100], ReferenceHeight=16
)
srf = LandSurface - 属性:
RadarReflectivity: surfaceReflectivityLand("ConstantGamma", "Flatland", 0, "H", -10, "None", -3.4657359027997265, 0.8325546111576977, 1.1283791670955126, 2, 2)
ReflectivityMap: 1
ReferenceHeight: 16
Boundary: [-100 100; -100 100]
Terrain: Any[]
# 更多
土地反射率模型和土地类型
| 模型 | 土地类型 | 有效范围 | 可设置属性 |
| "Barton"–常数伽马数学模型，通常适用于中等掠入射角巴顿是默认模型。参见 [1]、[2] 和 [3]。 | "RuggedMountains" | 1.掠角 20–60 度 2.频率 1–10 GHz | LandType |
| "Mountains" | Speckle | ||
| "Metropolitan" | SpeckleMean | ||
| ""Urban" | SpeckleStandardDeviation | ||
| "WoodedHills" | SpeckleScale | ||
| "RollingHills" | SpeckleShape | ||
| "Woods" | |||
| "Farm" | |||
| "Desert" | |||
| "Flatland" (default for model) | |||
| "Smooth" | |||
| "APL"–该模型也称为 ADSAM 模型。低保真度常数伽马数学模型，包括镜面散射。参见[4]。 | "Urban" | 1.掠角 0–90 度 2.频率 1–100 GHz | LandType |
| "HighRelief" | Speckle | ||
| "LowRelief" (default for model) | SpeckleMean | ||
| SpeckleStandardDeviation | |||
| SpeckleScale | |||
| SpeckleShape | |||
| "Billingesley"—高有效性经验模型，通常适用于小于 2 度的低凹陷角度。参见[5]。 | "LowReliefRural" (default for model) | 1.凹陷角度 -0.75–2 度 2.频率–VHF(0.030–0.3)、UHF(0.3–1)、L(1-2)、S(2-4)、X(8-12)GHz | LandType |
| "LowReliefForest" | Speckle | ||
| "Farm" | SpeckleMean | ||
| "Desert" | SpeckleStandardDeviation | ||
| "Marsh" | SpeckleScale | ||
| "Grassland" | SpeckleShape | ||
| "HighReliefRural" | |||
| "HighReliefForest" | |||
| "Mountains" | |||
| "Urban" | |||
| "LowReliefUrban" | |||
| "GIT" - 佐治亚理工学院的半经验模型考虑了地形粗糙度。一般适用于中等掠入射角。参见[6]。 | "Soil" (default for Model) | 1.掠角 20–65 度 2.频率 3–15 GHz | LandType |
| "Grass" | Speckle | ||
| "TallGrass" | SpeckleMean | ||
| "Trees" | SpeckleStandardDeviation | ||
| "Urban" | SpeckleScale | ||
| SpeckleShape | |||
| SurfaceHeightStandardDeviation | |||
| "Morchin" – 数学模型通常适用于 UHF 至 C 波段频率的高掠入射角。参见[7]。 | "Desert" | 1.掠角 70–90 度 2.频率 UHF(0.3–1) L(1–2) S(2–4) C(4–8) | LandType |
| "Farm" (default for Model) | Speckle | ||
| "Woods" | SpeckleMean | ||
| "Mountains" | SpeckleStandardDeviation | ||
| SpeckleScale | |||
| SpeckleShape | |||
| "Nathanson" – 适用于 Ka 波段的低掠角地面雷达和中等掠角机载雷达，适用于低山、农田和林区。参见[3]。 | "Desert" | 1.掠角 0–60 度 2.频率 L(1–2)、S(2-4)、C(4-8)、X(8-12)、Ku(12-18)、Ka(32-36)GHz | LandType |
| "Farm" (default for Model) | Speckle | ||
| "Woods" | SpeckleMean | ||
| "Jungle" | SpeckleStandardDeviation | ||
| "RollingHills" | SpeckleScale | ||
| "Urban" | SpeckleShape | ||
| "Ulaby-Dobson" — 考虑偏振，覆盖 L 波段至 Ku 的中低掠入射角的高有效性半经验模型。参见[8]。 | "Soil" (default for Model) | 1.掠角 0–60 度 2.频率 L(1-2)、S(2-4)、C(4-8)、X(8-12)、Ku(12-18)）GHz | LandType |
| "Grass" | Polarization | ||
| "Shrubs" | Speckle | ||
| "ShortVegetation" | SpeckleMean | ||
| SpeckleStandardDeviation | |||
| SpeckleScale | |||
| SpeckleShape | |||
| "ConstantGamma" – 归一化反射率的数学模型。请参见常数伽玛模型。 | Gamma |
常数伽玛模型
常数伽马模型表达了归一化雷达截面和掠入射角之间的简单分析关系。
γ 由伽玛特性定义，θ 是掠入射角输入自变量 graz，单位为度。Gamma 的默认值为 –20，代表平坦的土地。
斑点模型
散斑被建模为不相关的乘法因子 I=σ∙n，其中 σ 表示杂波 RCS，n 是具有单位平均值的独立同分布 (IDD) 平均噪声样本。由于散斑与下伏地形的 RCS 相关，因此通常应用于雷达强度。散斑噪声模型包括威布尔、瑞利和对数正态。
# 参考文献
[1] Barton, David Knox. Radar Equations for Modern Radar. Artech House, 2013.
[2] Long, Maurice W. Radar Reflectivity of Land and Sea. 3rd ed, Artech House, 2001.
[3] Nathanson, Fred E., et al. Radar Design Principles: Signal Processing and the Environment. 2. ed., Repr, Scitech Publ, 2004.
[4] Reilly, J. P., R. L. McDonald, and G. D. Dockery. "RF-Environment Models for the ADSAM Program." Report No. A1A97U-070, Laurel, MD: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, August 22, 1997.
[5] Billingsley, J. Barrie. Low-Angle Radar Land Clutter: Measurements and Empirical Models. William Andrew Pub. : SciTech Pub. ; Institution of Electrical Engineers, 2002.
[6] Richards, M. A., et al., editors. Principles of Modern Radar. SciTech Pub, 2010.
[7] Morchin, Fred E., J. Patrick Reilly, and Marvin Cohen. Radar Design Principles: Signal Processing and the Environment. 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1991.
[8] Ulaby, Fawwaz T., and M. Craig Dobson. Handbook of Radar Scattering Statistics for Terrain. Artech House, 1989.