專利名稱：一種基于自然分布場(chǎng)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(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及極化合成孔徑雷達(dá)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(cè)量數(shù)據(jù)定量研究的前提，對(duì)于理解合成孔徑雷達(dá)(SAR)系統(tǒng)性能，描述SAR系統(tǒng)的局限性以及改進(jìn)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(lái)，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(gè)系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確定量的描述，經(jīng)過(guò)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(jì)階，需要完成內(nèi)定標(biāo)的設(shè)計(jì)工作，即利用機(jī)內(nèi)設(shè)備(如校準(zhǔn)單音，調(diào)頻信號(hào))將定標(biāo)信號(hào)加入雷達(dá)數(shù)據(jù)流來(lái)確定系統(tǒng)性能特性的過(guò)程，以便在雷達(dá)系統(tǒng)工作壽命期間測(cè)量重要的系統(tǒng)參數(shù)，如接收機(jī)增益、發(fā)射機(jī)輸出功率等。在系統(tǒng)實(shí)際工作階段，與經(jīng)常進(jìn)行的內(nèi)定標(biāo)測(cè)試相比，外定標(biāo)測(cè)試雖然較少，但非常重要且必要。因?yàn)樵陲w行期間天線性能的測(cè)量非常困難，通常不進(jìn)行直接測(cè)量，而是在飛行前對(duì)天線性能進(jìn)行地面測(cè)試，在實(shí)際飛行中用外定標(biāo)技術(shù)來(lái)測(cè)量。外定標(biāo)優(yōu)于內(nèi)定標(biāo)之處在于它是直接測(cè)量端到端的系統(tǒng)性能，能夠測(cè)量出那些很難進(jìn)行測(cè)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(hào)傳播效應(yīng)等。特別是對(duì)于各種 SAR系統(tǒng)，內(nèi)定標(biāo)只能測(cè)量各SAR內(nèi)部系統(tǒng)性能的相對(duì)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(duì)增益等性能參數(shù)是不同的，只有通過(guò)對(duì)測(cè)量設(shè)備的校準(zhǔn)，獲得測(cè)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(lái)自不同SAR 系統(tǒng)、不同時(shí)間、不同空間獲取的SAR數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。對(duì)于多極化SAR系統(tǒng)(包含四個(gè)極化通道，即HH，HV, VH, W),由于兩個(gè)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(kāi)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(duì)這些誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，才能形成精確的極化目標(biāo)散射矩陣。因此，對(duì)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(jìn)行極化定標(biāo)，本發(fā)明就是針對(duì)多極化SAR數(shù)據(jù)的一種極化定標(biāo)技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，可以采用散射矩陣已知點(diǎn)目標(biāo)和分布目標(biāo)來(lái)進(jìn)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(gè)不同類型的定標(biāo)器。但一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)只能定標(biāo)它附近很小的區(qū)域，在整個(gè)測(cè)繪帶中就需要大量點(diǎn)目標(biāo)。后者是采用極化散射計(jì)精確地測(cè)量分布目標(biāo)的Mueller矩陣來(lái)進(jìn)行極化定標(biāo)，可以避免前者的問(wèn)題。另外，比如亞馬遜熱帶雨林，同時(shí)滿足反射對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱和方位對(duì)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(duì)各種地物極化特性的深刻理解，特別是對(duì)于機(jī)載系統(tǒng)平臺(tái)，類似于熱帶雨林的分布目標(biāo)更不易 獲得。因此，就目前實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，極化定標(biāo)多采用混合式定標(biāo)，即結(jié)合點(diǎn)目標(biāo)定標(biāo)和特定 分布目標(biāo)定標(biāo)的特點(diǎn)，通過(guò)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(gè)三面角定標(biāo) 器完成通道間相對(duì)幅度不平衡的定標(biāo)。該方法使用非常簡(jiǎn)便，由于減少了使用點(diǎn)目標(biāo)的數(shù) 量，因此對(duì)于點(diǎn)目標(biāo)的性能要求大大降低。顯而易見(jiàn)，如何利用極化SAR數(shù)據(jù)本身來(lái)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(diǎn)所在，這樣在降低對(duì)極化SAR系統(tǒng)定標(biāo)假設(shè)要求的同吋，也增強(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)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(wú)串?dāng)_模型的假設(shè)條件，結(jié)合非線性方程迭代技術(shù)來(lái)不斷逼 近串?dāng)_存在的情況，從而估計(jì)出極化SAR數(shù)據(jù)定標(biāo)所需的參數(shù)。該算法突破了國(guó)內(nèi)機(jī)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(jìn)行極化 串?dāng)_定標(biāo)的技木，避免了在成像場(chǎng)景內(nèi)布設(shè)大量人工角反射器，從而大大增強(qiáng)了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行定標(biāo)處理的適用性和魯棒性，只需ー個(gè)或少量的三面角反射器進(jìn)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(chǎng)景來(lái)估計(jì)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(jī) 飛行的方向)或方位向(載機(jī)飛行方向)的積分可以快速估計(jì)出圖像強(qiáng)度變化，利用強(qiáng)度變 化的擬合曲線估計(jì)出天線方向圖。同時(shí)充分利用極化地物信息，對(duì)各極化SAR通道數(shù)據(jù)都 采用同一天線方向圖進(jìn)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(duì)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(jìn)行串?dāng)_定標(biāo)需要滿足幾個(gè)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(guò)程描述，因此觀測(cè)到的2 極化散射矩陣J可以寫(xiě) 成
權(quán)利要求
1.一種基于自然分布場(chǎng)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(gè)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(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)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(gè)天線互易即5皿=Srar的弱系統(tǒng)假設(shè)，對(duì)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(huì)造成極化校正失敗，因此通過(guò)強(qiáng)度閾值設(shè)置濾除可能的人工強(qiáng)點(diǎn)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(guò)非線性方程迭代求解來(lái)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(shí)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(chǎng)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(gè)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(gè)以上三面角反射器時(shí)，可對(duì)多個(gè)不平衡度校正因子進(jìn)行曲線擬合，以實(shí)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(chǎng)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(guò)分析均勻分布目標(biāo)的SAR圖像來(lái)測(cè)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(guò)距離向雷達(dá)后散射強(qiáng)度的大場(chǎng)景樣本采樣，在缺乏大量角反射器的情況下仍估計(jì)出距離向天線方向圖，同時(shí)利用總功率圖像獲得的天線方向圖估計(jì)來(lái)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(chǎng)景和稀少定標(biāo)器的極化定標(biāo)技術(shù)，用于對(duì)畸變極化合成孔徑雷達(dá)(SAR)數(shù)據(jù)的定標(biāo)糾正。本發(fā)明突破了國(guó)內(nèi)機(jī)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(jìn)行極化數(shù)據(jù)串?dāng)_定標(biāo)的技術(shù)，然后只需一個(gè)或少量的三面角反射器進(jìn)行極化接收通道不平衡度的定標(biāo)。同時(shí)，利用存在大范圍相似雷達(dá)后向散射特性的自然地物場(chǎng)景在距離向的強(qiáng)度變化擬合出天線方向圖。并充分利用極化地物信息，對(duì)各極化SAR通道數(shù)據(jù)都采用同一天線方向圖進(jìn)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(hào)G01S7/40GK102393513SQ201110254948
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所