專利名稱：一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的定標(biāo)處理。
背景技術(shù)：
定標(biāo)技術(shù)是任何測量數(shù)據(jù)定量研究的前提，對于理解合成孔徑雷達(SAR)系統(tǒng)性能，描述SAR系統(tǒng)的局限性以及改進系統(tǒng)性能都有重要意義。目前，SAR數(shù)據(jù)處理正由定性研究向定量研究發(fā)展，隨著大量具備多頻率、多極化成像性能的新型SAR傳感器的出現(xiàn)， 定標(biāo)技術(shù)也迅速發(fā)展起來，并由單通道的定標(biāo)技術(shù)逐漸向多通道多極化的定標(biāo)技術(shù)演化。 定標(biāo)要求能從所收集的數(shù)據(jù)中獲得整個系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確定量的描述，經(jīng)過校正后的SAR圖像應(yīng)當(dāng)具有逐日逐幅的可重復(fù)性，圖像幅內(nèi)和各通道之間的穩(wěn)定性，以及已知的、合理的精度。SAR定標(biāo)一般可以分為內(nèi)定標(biāo)和外定標(biāo)。在最初的SAR系統(tǒng)設(shè)計階，需要完成內(nèi)定標(biāo)的設(shè)計工作，即利用機內(nèi)設(shè)備(如校準(zhǔn)單音，調(diào)頻信號)將定標(biāo)信號加入雷達數(shù)據(jù)流來確定系統(tǒng)性能特性的過程，以便在雷達系統(tǒng)工作壽命期間測量重要的系統(tǒng)參數(shù)，如接收機增益、發(fā)射機輸出功率等。在系統(tǒng)實際工作階段，與經(jīng)常進行的內(nèi)定標(biāo)測試相比，外定標(biāo)測試雖然較少，但非常重要且必要。因為在飛行期間天線性能的測量非常困難，通常不進行直接測量，而是在飛行前對天線性能進行地面測試，在實際飛行中用外定標(biāo)技術(shù)來測量。外定標(biāo)優(yōu)于內(nèi)定標(biāo)之處在于它是直接測量端到端的系統(tǒng)性能，能夠測量出那些很難進行測量的系統(tǒng)參數(shù)，如天線方向圖、波束中心增益和角度以及信號傳播效應(yīng)等。特別是對于各種 SAR系統(tǒng)，內(nèi)定標(biāo)只能測量各SAR內(nèi)部系統(tǒng)性能的相對漂移，但由于傳感器本身誤差的影響以及工作性能的差異，各種SAR系統(tǒng)之間的絕對增益等性能參數(shù)是不同的，只有通過對測量設(shè)備的校準(zhǔn)，獲得測量數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的量化關(guān)系，才能為比較和分析來自不同SAR 系統(tǒng)、不同時間、不同空間獲取的SAR數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。對于多極化SAR系統(tǒng)(包含四個極化通道，即HH，HV, VH, W),由于兩個極化收發(fā)通道幅相特性不一致以及天線交叉極化、收發(fā)開關(guān)泄漏、環(huán)行器隔離度不夠等因素影響，將使 SAR圖像目標(biāo)極化散射矩陣產(chǎn)生誤差，需要對這些誤差進行校準(zhǔn)，才能形成精確的極化目標(biāo)散射矩陣。因此，對于多極化SAR系統(tǒng)，除了常規(guī)單通道SAR的輻射定標(biāo)外，還要進行極化定標(biāo)，本發(fā)明就是針對多極化SAR數(shù)據(jù)的一種極化定標(biāo)技術(shù)。一般來說，可以采用散射矩陣已知點目標(biāo)和分布目標(biāo)來進行極化定標(biāo)。前者通常采用人工定標(biāo)器(如三面角，二面角等)和極化有源定標(biāo)器，為了得到極化定標(biāo)參數(shù)，至少需要三個不同類型的定標(biāo)器。但一個點目標(biāo)只能定標(biāo)它附近很小的區(qū)域，在整個測繪帶中就需要大量點目標(biāo)。后者是采用極化散射計精確地測量分布目標(biāo)的Mueller矩陣來進行極化定標(biāo)，可以避免前者的問題。另外，比如亞馬遜熱帶雨林，同時滿足反射對稱、旋轉(zhuǎn)對稱和方位對稱特性，面積分布廣闊且均一，是理想的星載極化SAR系統(tǒng)的定標(biāo)目標(biāo)，已成功應(yīng)用于日本的AL0S-PALSAR等星載極化SAR系統(tǒng)。但特定分布目標(biāo)定標(biāo)算法依賴于人們對各種地物極化特性的深刻理解，特別是對于機載系統(tǒng)平臺，類似于熱帶雨林的分布目標(biāo)更不易 獲得。因此，就目前實際情況來說，極化定標(biāo)多采用混合式定標(biāo)，即結(jié)合點目標(biāo)定標(biāo)和特定 分布目標(biāo)定標(biāo)的特點，通過系統(tǒng)模型假設(shè)(如天線互易、收發(fā)系統(tǒng)畸變一致)和地物散射特 性假設(shè)(如方位向?qū)ΨQ)直接從數(shù)據(jù)本身得到相位不平衡和串?dāng)_因子，只用ー個三面角定標(biāo) 器完成通道間相對幅度不平衡的定標(biāo)。該方法使用非常簡便，由于減少了使用點目標(biāo)的數(shù) 量，因此對于點目標(biāo)的性能要求大大降低。顯而易見，如何利用極化SAR數(shù)據(jù)本身來獲得盡可能多的系統(tǒng)畸變參數(shù)是極化定 標(biāo)的發(fā)展目標(biāo)，也是難點所在，這樣在降低對極化SAR系統(tǒng)定標(biāo)假設(shè)要求的同吋，也增強了 極化定標(biāo)算法應(yīng)用于不同極化SAR系統(tǒng)、不同地物場景的通用性和魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化SAR數(shù)據(jù)定標(biāo)技木，在ニ階 極化定標(biāo)模型的基礎(chǔ)上，利用無串?dāng)_模型的假設(shè)條件，結(jié)合非線性方程迭代技術(shù)來不斷逼 近串?dāng)_存在的情況，從而估計出極化SAR數(shù)據(jù)定標(biāo)所需的參數(shù)。該算法突破了國內(nèi)機載極 化SAR數(shù)據(jù)的定標(biāo)瓶頸，發(fā)展了不借助人工角反射器而利用廣泛分布的自然目標(biāo)進行極化 串?dāng)_定標(biāo)的技木，避免了在成像場景內(nèi)布設(shè)大量人工角反射器，從而大大增強了對數(shù)據(jù)進 行定標(biāo)處理的適用性和魯棒性，只需ー個或少量的三面角反射器進行極化通道不平衡度的 定標(biāo)。而且，利用存在大范圍后向散射特性相似的自然目標(biāo)的場景來估計天線方向圖，一方 面避免了布設(shè)大量人工角反射器，另ー方面利用大量相似特性的地物在距離向(垂直載機 飛行的方向)或方位向(載機飛行方向)的積分可以快速估計出圖像強度變化，利用強度變 化的擬合曲線估計出天線方向圖。同時充分利用極化地物信息，對各極化SAR通道數(shù)據(jù)都 采用同一天線方向圖進行校正，從而能夠保持校正前后地物目標(biāo)的極化散射特征。最后，可 以實現(xiàn)整個極化SA數(shù)據(jù)定標(biāo)流程。附

圖1給出了本發(fā)明的極化SAR定標(biāo)技術(shù)流程圖，下面 參照附圖1對本發(fā)明的技術(shù)解決方案作具體描述。I. ニ階極化定標(biāo)模型的建立
采用分布目標(biāo)進行串?dāng)_定標(biāo)需要滿足幾個假設(shè)a)天線互易原理，即 Sm ニ Sm ；系統(tǒng)影響可以用兩次線性過程描述，因此觀測到的2 極化散射矩陣J可以寫 成
權(quán)利要求
1.一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，主要包括二階極化數(shù)據(jù)定標(biāo)模型的建立、分布式極化串?dāng)_定標(biāo)、自適應(yīng)接收通道不平衡校正、極化天線方向圖校正四個關(guān)鍵步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，其特征在于所述二階極化定標(biāo)模型的建立，在一階極化散射矩陣的極化定標(biāo)模型的基礎(chǔ)上，首先轉(zhuǎn)換成基于極化向量形式的定標(biāo)模型，并定義串?dāng)_比因子U、V、w、z，接收通道不平衡度因子A以及接收和發(fā)射通道間的不平衡度 簡化求解參數(shù)；然后根據(jù)極化向量與極化協(xié)方差矩陣之間的關(guān)系，即極化向量之間的復(fù)共軛相乘得到極化協(xié)方差矩陣，最后建立起基于二階極化協(xié)方差矩陣的極化定標(biāo)模型。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，其特征在于所述分布式極化串?dāng)_定標(biāo)只有一個天線互易即5皿=Srar的弱系統(tǒng)假設(shè)，對于自然界存在的絕大多數(shù)目標(biāo)，都滿足該天線互易條件；但是，圖像中的人造目標(biāo)信息的引入會造成極化校正失敗，因此通過強度閾值設(shè)置濾除可能的人工強點目標(biāo)信息，然后再利用圖像數(shù)據(jù)本身包含的自然目標(biāo)信息；在二階極化定標(biāo)模型的基礎(chǔ)上，假設(shè)定標(biāo)模型存在零串?dāng)_因子，通過非線性方程迭代求解來消除串?dāng)_因子與接收通道不平衡度因子A以及接收和發(fā)射通道間的不平衡度《之間的耦合，最終實現(xiàn)極化串?dāng)_因子的估算。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，其特征在于所述自適應(yīng)接收通道不平衡校正，在上述分布式極化串據(jù)定標(biāo)完成后，可認(rèn)為還只存在極化接收通道的不平衡度I這包括接收通道的幅度和相位不平衡；根據(jù)三面角反射器同極化分量即^1 = Sfr之間的理論值，可以估算出k的幅度和相位；當(dāng)只有一個三面角反射器，用該反射器用于整景極化數(shù)據(jù)的通道不平衡度校正；當(dāng)存在三個以上三面角反射器時，可對多個不平衡度校正因子進行曲線擬合，以實現(xiàn)精確的不平衡度校正。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，其特征在于所述的極化天線方向圖校正技術(shù)，通過分析均勻分布目標(biāo)的SAR圖像來測量距離向雙程方向圖，利用地物類型變化不大且較為平坦的農(nóng)村地區(qū)，通過距離向雷達后散射強度的大場景樣本采樣，在缺乏大量角反射器的情況下仍估計出距離向天線方向圖，同時利用總功率圖像獲得的天線方向圖估計來校正各極化通道數(shù)據(jù)以保持極化數(shù)據(jù)的散射特性。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于自然分布場景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，用于對畸變極化合成孔徑雷達(SAR)數(shù)據(jù)的定標(biāo)糾正。本發(fā)明突破了國內(nèi)機載極化SAR數(shù)據(jù)的定標(biāo)瓶頸，發(fā)展了不借助人工角反射器而利用廣泛分布的自然地物進行極化數(shù)據(jù)串?dāng)_定標(biāo)的技術(shù)，然后只需一個或少量的三面角反射器進行極化接收通道不平衡度的定標(biāo)。同時，利用存在大范圍相似雷達后向散射特性的自然地物場景在距離向的強度變化擬合出天線方向圖。并充分利用極化地物信息，對各極化SAR通道數(shù)據(jù)都采用同一天線方向圖進行校正，從而能夠保持校正前后地物目標(biāo)的極化散射特征。
文檔編號G01S7/40GK102393513SQ201110254948
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者江凱, 汪洋, 湛金童, 譚劍波, 陳曦 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所