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一種基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法
【專利摘要】本發明是一種基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，包括步驟：S1：獲取二維回波數據；S2：提取定標器在同一照射時刻的散射矩陣觀測值；S3：獲取電磁波照射定標器的入射角及斜視角；S4：獲取各照射時刻定標器接收電磁波極化定向角的偏轉量；S5：獲取姿態誤差補償校正后的全極化回波數據；S6：對姿態誤差補償校正后的全極化回波數據進行方位向壓縮，獲得圖像；S7：在圖像的各極化通道中，提取定標器偏轉量校正后的散射矩陣，對殘留在定標器偏轉量校正后的散射矩陣中、由全極化合成孔徑雷達系統發射和接收模塊引入的不平衡度和各通道串擾進行估計，實現全極化合成孔徑雷達系統誤差校正，獲得全極化合成孔徑雷達圖像。
【專利說明】一種基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于全極化合成孔徑雷達(PolSAR)信號處理領域，具體涉及極化定標處理和姿態誤差補償方法
【背景技術】
[0002]極化定標是全極化合成孔徑雷達(PolSAR)信號處理的重要環節，其主要目的是校正系統誤差，復原成像結果中目標的極化散射特性。因而只有通過極化定標處理，才能從PolSAR圖像中提取目標準確的極化信息，支撐后續的應用。
[0003]現有PolSAR極化定標方法主要包括基于點目標、分布目標及混合目標的三類定標算法。其中基于分布目標的定標算法，以Sarabandi算法[Kamal Saraband1.Calibrationof a Polarimetric Synthetic Aperture Radar Using a Known Distributed Target.1EEE Trans on Geoscience and Remote Sensing.Vol.32，No3，May 1994]為例，可以避免人造點目標的擺放，但由于目前人們對各種地物目標的極化散射特性了解并不深入，因而需要利用極化散射計獲得的數據來選擇作為定標參考目標的地物目標，這使得該類定標算法在實際使用中受到較大的限制；基于混合目標的定標算法，以Qnegan算法為代表[Shaun Quegan.A Unified Algorithm for Phase and Cross-Talk Cal ibration of
Polarimetric Data-Theory and Observations, IEEE Trans on Geoscience and
Remote Sensing.Vol.32, N0.1, January 1994],根據抽象出的散射特性假定,選取針對性的地物目標作為定標參考目標，再結合少量人造點目標，實現定標模型參數的估計，但該方法也在地物目標選擇上受到較大限制，尤其是機載PolSAR成像場景中往往難以找到滿足假定的區域；基于點目標的定標算法雖然要涉及特定定標器的預先擺放等額外操作，但由于定標器的散射特性已知且可控，定標處理過程比較簡單，不需要依賴于成像區域的先驗知識，定標精度也相對較高。因而實際PolSAR系統定標處理通常基于預先設計點目標定標器進行。`
[0004]基于點目標的定標算法種類較多。其中Whitt算法[Michael ff.Whitt etc.AGeneral Polarimetric Radar Cal ibration Technique, IEEE Trans on Antennas andPropagation.Vol.39, N0.1, January 1991]不需要對雷達系統失真矩陣作任何假設,對用于定標的反射器的限制條件也相對較少，在定標目標的選擇上有很大的靈活性，是實用性較好的算法。
[0005]該方法基于系統誤差模型如下所示:
[0006]M=Aej ΦΙ^Τ+Ν
[0007]其中，M表示散射矩陣觀測值，S表示歸一化的散射矩陣理論值，R用矩陣形式表示接收端模塊的通道不平衡度和通道間串擾等系統誤差而引起的極化失真，T用矩陣形式表示發射端模塊的通道不平衡度和通道間串擾等系統誤差而引起的極化失真，A表示絕對幅度值，Φ表示絕對相位值，N表示加性觀測噪聲，通常在處理中被忽略。
[0008]Whitt算法基于上述模型，利用滿足后續處理限制的三個不同點目標對應極化矩陣，可以得到模型中失真矩陣R，T參數的估計值。
[0009]然而上述觀測模型，主要考慮的是由系統硬件不完善引起的通道之間串擾和增益不平衡性等誤差，沒有考慮如姿態等時變性誤差。在實際應用中，往往會出現利用布設定標器估計得到的失真并不適用與場景中的其他目標，從而使得定標算法的誤差校正性能下降。
[0010]明峰等人[Feng Ming etc.1mproved Calibration method of the airbornepolarimetric SAR]對平臺姿態因素進行了分析,將定標模型改進如下:
[0011]M=AejφRtSθT+N=AeJ4RtD( θ ).S.丨1 ( θ )Τ+Ν
[0012]其中，Se表示受姿態影響下的目標散射矩陣，可以表示為Se=D( Θ ).S.Dl Θ )，
【權利要求】
1.一種基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1:從裝載于平臺上的全極化合成孔徑雷達系統獲得的四個極化通道的原始回波數據進行距離向壓縮，距離徙動校正處理以及通道間配準處理，獲得二維回波數據； 步驟S2:根據定標器方位向坐標及全極化合成孔徑雷達系統的合成孔徑時間參量，并從二維回波數據中，提取定標器在同一照射時刻Π的散射矩陣觀測值M(Il)； 步驟S3:利用定標器方位向及距離向坐標，以及全極化合成孔徑雷達系統照射近距及飛行高度參量，計算得到電磁波照射定標器的入射角Φ及斜視角esq; 步驟S4:利用平臺飛行姿態數據、入射角Φ及斜視角0sq，計算得到各照射時刻η定標器接收電磁波極化定向角的偏轉量Θ (rI); 步驟S5:利用定標器接收電磁波極化定向角的偏轉量，對散射矩陣觀測值M(Il)進行偏轉量校正，得到姿態誤差補償校正后的全極化回波數據； 步驟S6:對姿態誤差補償校正后的全極化回波數據進行方位向壓縮，獲得圖像； 步驟S7:在圖像的各極 化通道中，提取定標器偏轉量校正后的散射矩陣，采用基于定標器進行場景定標的Whitt算法，對殘留在定標器偏轉量校正后的散射矩陣中、由全極化合成孔徑雷達系統發射和接收模塊引入的不平衡度和各通道串擾進行估計，實現全極化合成孔徑雷達系統誤差校正，獲得全極化合成孔徑雷達圖像。
2.如權利要求1所述的基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，其特征在于，所述散射矩陣觀測值M(Il)是通過在合成孔徑時間范圍內提取定標器同一方位向照射時刻η對應的四個極化通道回波數據Hlhh ( η )，mhv ( η )，mvh ( η )，Hlvv ( η )，將四組回波數據以如下形式組成散射矩陣觀測值M (η):
3.如權利要求?所述的基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，其特征在于，所述平臺飛行姿態數據包括隨照射時間n變化的偏航角ey(ii)、俯仰角θρ(η)和橫滾角θ y( η)。
4.如權利要求1所述的基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，其特征在于，構建各照射時刻n定標器接收電磁波極化定向角偏轉量θ (n)的模型表示如下
5.如權利要求1所述的基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，其特征在于，構建定標器偏轉量校正后的散射矩陣的模型S0—。_( n) , S e _comp (n)表不如下:
Se_comP(n)=D-1[ Θ (η)].Μ(η).D[0 (n)] 其中，照射時刻n極化定向角偏轉矩陣D[ θ (n)]表示為:
6.如權利要求1所述的基于平臺姿態時變性補償的極化定標方法，其特征在于，所述平臺姿態數據在定標器照射時間內具有時變性。
【文檔編號】G01S7/40GK103645466SQ201310689600
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】胡丁晟, 仇曉蘭, 胡東輝, 丁赤飚 申請人:中國科學院電子學研究所