[发明专利]一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法

说明书

本发明公开了一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法，该方法有三个步骤，第一步建立一个校准模型，该校准模型包含了接收天线的串扰参数，通道不平衡的参数，发射天线的串扰参数。第二步采用一个一面为格栅的三面角校准器作为探测目标，将不同方向格栅三面角的散射矩阵代入到校准模型中，经过计算可以得到所有的串扰参数以及通道不平衡参数。第三步将得到的各个串扰参数以及不平衡参数代入到校准模型中，这样可以得到校准后的天线收发信号，从中可以提取出校准后的极化散射矩阵。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体为一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法。

背景技术

探地雷达作为一种浅层地球物理方法，具有分辨率高、数据采集快和图像直观易懂等优点，已经在工程检测、地下管线探测、考古勘探和地质调查等领域得到了广泛的应用。通常，探地雷达系统一般采用相同的线性极化偶极子天线及其改进类型天线作为收发天线，只能采集单个极化方向的回波信号，用于地下线性目标探测时，回波信号的强度受目标走向的影响很大，容易造成目标探测失败。相比之下，全极化探地雷达可以通过在同一个位置采集四组不同极化收发组合，包括水平发射水平接收(HH)、水平发射垂直接收(HV)、垂直发射水平接收(VH)和垂直发射垂直接收(VV)的回波信号，可以获取比单极化雷达信息更加丰富的目标极化散射矩阵，从而实现对目标的分类和识别。目前，全极化探地雷达数据可采用收发分置的探地雷达系统在同一条测线上使用不同极化组合方式重复四次采集来实现，也可以使用全极化探地雷达系统通过同轴开关的控制来实现采集，但这两者采集方式都很难保证不同极化通道回波信号的相干性。相比之下，近年来发展起来的混合紧缩极化技术，利用圆极化发射和两个线极化(水平和垂直)同时接收的组合方式，不仅可以保证两个接收通道信号的相干性，还能提取目标的极化散射矩阵，用于计算线性目标的走向，识别对目标的几何属性。

圆极化天线理论上发射的是正圆的右旋(左旋)圆极化波，然而由于会存在设计缺陷，加工精度不足等原因，右旋极化天线也会存在左旋极化波，因此会存在圆极化天线的串扰。即使是对于线极化天线，由于天线的方向性等原因，H方向的天线也会收到v方向的信号，因此会存在线极化天线的串扰。除了天线的串扰，极化通道不平衡等因素外，天线的耦合，环境中的噪声都会影响测量结果，导致最终测得的极化散射矩阵存在偏差。因此必须利用极化校准对测量值进行修正。

经过极化校准后的极化散射矩阵中存在有准确的线性目标的走向信息，可以从中反演出线性目标的走向。

发明内容

本发明的目的在于解决在实际测量中因为天线加工工艺的原因而导致的天线串扰以及在测量中所产生的极化通道不平衡等因素所产生的误差，从而会导致最终测得的极化散射矩阵存在偏差。提供一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法，通过测量已知散射矩阵的校准器，计算出校准模型中的天线串扰参数以及通道不平衡参数，对实测的天线收发信号进行校准，从中提取准确的目标极化散射矩阵。

一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法，包括如下步骤：

步骤一：考虑到天线串扰以及在测量中所产生的极化通道不平衡等因素采用了如下模型：