[发明专利]一种基于旋转对称性的全极化SAR数据的极化定标方法

说明书

本发明提出一种仅基于面目标的极化定标算法，该算法基于雷达照射场景中的自然地物具有旋转对称性这一假设，仅利用待定标的SAR影像数据，通过数学迭代运算估计极化定标参数。在此过程中，不需要利用雷达照射场景中的已知点目标信息。实际数据的极化定标实验说明本发明提出的方法是一种有效的全极化SAR数据的极化定标方法。

技术领域：

本发明涉及全极化合成孔径雷达数据的极化定标处理，属于雷达数据获取与处理技术领域。

背景技术：

极化定标技术主要用于估计全极化通道之间幅度和相位的偏差，以获取地物实际的散射矩阵。是开展极化SAR数据应用和研究的关键步骤，亦是利用测量数据正确描述地表物体后向散射特性的基础。在实际应用中，由于全极化雷达天线的通道之间存在信号泄露，使得雷达系统测量得到的散射矩阵存在失真。因此，为了提取和利用包含在SAR数据中的丰富地物信息，必须对测量散射矩阵中的失真进行校正，消除不同极化通道之间的影响，恢复地物实际的散射矩阵。

目前，现有极化定标算法大致分为以下两种类型：基于已知点目标和基于点面混合的定标算法。对前者而言，通过影像中人为布设的点目标(如三角形角反射器等)，推导极化定标参数；针对后者来说，主要采用影像本身的信息推导定标参数，但仍需要少量的点目标估计极化畸变因子，如通道不平衡参数等。

综上所述，当前的极化定标算法中，均需要一个或多个已知点目标，但一个点目标只能定标其附近区域，如果要定标整个测绘区域，则需要在测绘带的距离向布设大量的已知点目标，造成大量的人力、物力等资源的消耗。此外，当出现雷达所照的射场景因地形复杂而无法布设点目标，或者点目标的尺寸与雷达波长不匹配的情况，则待定标的SAR影像无法提供已知点目标的测量信息，因此利用现有定标算法无法对其进行完整的极化定标。

发明内容：

本发明提出一种仅基于面目标的极化定标算法，该算法基于雷达照射场景中的自然地物具有旋转对称性这一假设，仅利用待定标的SAR影像数据，通过数学迭代运算估计极化定标参数。在此过程中，不需要利用雷达照射场景中的已知点目标信息。由于旋转对称性是本发明中有且仅有的一个假设条件，下面首先描述该性质，其几何示意图如附图6所示。

如附图6所示，电磁波沿平行于轴L的方向传播，水平极化基和垂直极化基均垂直于L轴。上述正交基沿对称轴L旋转一定角度后，地物的协方差矩阵保持不变。协方差矩阵的不变性是旋转对称性较直接的体现。倘若某一地物具有旋转对称性，则其协方差矩阵的形式如下所示：

式(1)中，[C]为具有旋转对称性的协方差矩阵；σ_hhhh、σ_hhhv、σ_hhvh、σ_hhvv、σ_hvhv、σ_hvvh均为常规协方差矩阵中的元素；Re表示取实部；Im表示取虚部；字母i为虚数单位；符号*表示复数的共轭；为了计算方便，分别用α、β、γ、A、B等价替换相同位置处的矩阵元素，例如：α＝σ_hhhh。

据式(1)可知，具有旋转对称性的协方差矩阵的各元素之间存在已知限制条件。本发明主要是利用这些已知的限制条件，通过一种循环迭代运算，获取极化定标参数的估计值。

本发明提出了一种基于旋转对称性的全极化SAR数据的极化定标算法，其方法流程如附图1所示。整体而言，是通过一种数学迭代运算不断修正平均的观测协方差矩阵，从而获取最终的极化定标参数。下面结合附图1对本发明的具体步骤进行详细阐述：

步骤一：定标方程组的建立

本发明所基于的常用极化定标模型如下式所示：