一種Pi/4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及簡縮極化雷達遙感領域，尤其涉及Pi/4簡縮極化合成孔徑雷達（SAR) 的目標分解方法。
【背景技術】
[0002] 自1978年第一顆單極化星載SAR (SEASAT)出現(xiàn)以來，微波技術得到迅猛發(fā)展，人 們對它的研宄逐步由單極化、單波段、單角度向多極化、多波段、多角度發(fā)展，相繼出現(xiàn)機載 全極化SAR系統(tǒng)，星載雙極化SAR系統(tǒng)及星載全極化SAR系統(tǒng)。而2008年開始又出現(xiàn)一種 新的極化體制SAR系統(tǒng)，叫混合極化SAR系統(tǒng)，其與傳統(tǒng)的SAR系統(tǒng)相比有著巨大的不同， 其特點在于，發(fā)射波極化狀態(tài)可以與接收波極化狀態(tài)完全不同。根據(jù)其發(fā)射電磁波與接收 電磁波的極化狀態(tài)又可以分為以下三個簡縮極化模式：（1) π /4簡縮極化模式，該模式為 發(fā)射1路由線性水平極化（H)與垂直極化（V)合成的線性極化波，同時接收Η、V兩路極化 波；（2) CL簡縮極化模式，該模式為發(fā)射1路由線性水平極化（H)與垂直極化（V)合成的圓 極化波，同時接收H、V兩路極化波；（3) CC簡縮極化模式，該模式為發(fā)射1路由線性水平極 化（H)與垂直極化（V)合成的圓極化波，同時接收正交的左旋與右旋極化波。
[0003] 在雷達遙感中，由于測量值受相干斑噪聲、表面散射及體散射隨機矢量散射效應 的影響，需要使用多元統(tǒng)計量描述感興趣的目標。對于此類目標，建立"平均"散射機制或 "主導"散射機制的概念對散射數(shù)據(jù)的分類和反演有著重要意義。極化目標分解就起這樣一 個作用，根據(jù)獲取的極化數(shù)據(jù)判別場景中那一種散射機制占主導地位。一般有三種散射機 制，單散射（又稱面散射）、二次散射（又稱偶次散射）、體散射。目標分解是極化雷達的一 個重要應用，它是目標分類、林業(yè)遙感應用的前提基礎。
[0004] 目前，簡縮極化因其具有諸多優(yōu)勢成為國際上研宄的熱點技術。簡縮極化數(shù)據(jù)由 于只有兩路數(shù)據(jù)，不能像全極化那樣構成3 X 3相干矩陣T3。因此不能將全極化中目標分解 的方法直接應用到簡縮極化中，需要尋找新方法對簡縮極化數(shù)據(jù)進行目標分解。

【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于上述技術問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種/4簡縮極化SAR的目標分 解方法，以解決簡縮極化數(shù)據(jù)缺乏目標分解方法的問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術手段：
[0007] -種π /4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟A，獲取π /4簡縮極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的Stokes矢量g。^
[0009] 步驟B，建立全極化相干矩陣T3與簡縮極化Stokes矢量之間的關系，從而得到體 散射及秩為1的散射機制分別對應的簡縮極化Stokes矢量g v，gp;
[0010] 步驟c，建立方程求解體散射能量mv、剩余能量mjp極化特征參數(shù)α角；
[0011] 步驟D，根據(jù)征參數(shù)α角得到單散射、二次散射及體散射功率。
[0012] 其中，步驟A包括：
[0013] 子步驟A1，獲取π/4簡縮極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的2X2相干矩陣J;
[0014] 子步驟A2,根據(jù)相干矩陣J獲取Stokes矢量g()b;
【主權項】
1. 一種π /4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法，包括： 步驟Α，獲取π /4簡縮極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的Stokes矢量g(A; 步驟B，建立全極化相干矩陣T3與簡縮極化Stokes矢量之間的關系，從而得到體散射 及秩為1的散射機制分別對應的簡縮極化Stokes矢量g"，gp; 步驟C，建立方程求解體散射能量m"、剩余能量mjP極化特征參數(shù)α角； 步驟D，根據(jù)征參數(shù)α角得到單散射、二次散射及體散射功率。
2. 如權利要求1所述的π /4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法，其中步驟A包 括： 子步驟Al，獲取π /4簡縮極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的2 X 2相干矩陣J ; 子步驟A2,根據(jù)相干矩陣J獲取Stokes矢量g()b;
其中，Jn，J12, J22代表矩陣J中的元素，符號Re表示取實部，Im表示取虛部。
3. 如權利要求1所述的π /4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法，其中步驟B包 括： 子步驟Bl，建立全極化相干矩陣T3與簡縮極化Stokes矢量g之間的關系： π /4簡縮極化數(shù)據(jù)目標矢量k表示為：
其中，SHH，Shv, SVH，Svv表示全極化中四個通道數(shù)據(jù)； 則簡縮極化相干矩陣/ = >
根據(jù)相干矩陣與Stokes矢量的關系如式（1)所示，得到全極化相干矩陣1~3與簡縮極 化Stokes矢量g之間的關系：
其中，tn，t12, t13, t23, t23, t33為全極化相干矩陣T3的元素，上標符號*表示共軛，符號 Re表示取實部，Im表示取虛部；對于自然分布目標，假定t33=t23=0,則式（3)可以化簡 為：
子步驟B2,根據(jù)步驟Bl中的關系，推導出均勻體散射在簡縮極化中Stokes矢量g":
-g"= 2m "[1 0 0.5 0]τ 其中，代表體散射能量； 子步驟B3,根據(jù)步驟Bl中的關系，推導出秩為1的純目標散射機制在簡縮極化中 Stokes 矢量 gp:
其中，mpR表秩為1散射機制能量。
4.如權利要求1所述的π /4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法，其中步驟C包 括： 子步驟C0,根據(jù)步驟A獲取的觀測數(shù)據(jù)的Stokes矢量g()b及步驟B中獲得的g " ^建 立方程組：
子步驟 Cl，令 a = sin 2?cos滬，b = cos 2 a，e - _sin 2asiru/?，則
根據(jù)（10)中第2、4個方程可得t = g/g3，則a = Ct ; 子步驟C2,根據(jù)（10)中第2個方程，mp= g /a = g^ct); 子步驟 C3,根據(jù)（10)中第 1 個方程，m"= (g〇-mp)/2= HgcTg1Z(Ct)]/^; 子步驟 C4,根據(jù)（10)中第 3 個方程，b= (g2-m")/mp= [gj/gi-gyOgDilct+O.S; 子步驟C5,將子步驟Cl及C4中的a，b表達式代入（10)中第5個方程，求解得到c ; 子步驟C6,根據(jù)子步驟C5中得到的c代入子步驟C2、C3中分別得到m"、mp; 子步驟C7,根據(jù)求得a，b，c及以下公式求解得到α :
5.如權利要求1所述的π /4簡縮極化合成孔徑雷達的目標分解方法，其中步驟D包 括： 根據(jù)步驟C中求得的參數(shù)獲得三種散射功率值Ps，Pd，Plj:
【專利摘要】一種π/4簡縮極化SAR數(shù)據(jù)的目標分解方法，包括：推導出各散射機制全極化中矩陣模型T3矩陣與其各自對應的簡縮極化中的Stokes矢量的關系表達式，對Stokes矢量進行目標分解，首先得到體散射的能量值，接著將剩余能量按照極化參數(shù)α角分配給單散射與二次散射，最終得到三種散射機制—單散射、二次散射及體散射的功率值。本發(fā)明通過Stokes矢量的關系表達式來實現(xiàn)簡縮極化SAR數(shù)據(jù)的目標分解方法，計算步驟簡單，結果精確。
【IPC分類】G01S13-90, G01S7-41
【公開號】CN104635220
【申請?zhí)枴緾N201510082179
【發(fā)明人】郭勝龍, 洪文, 李洋
【申請人】中國科學院電子學研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月15日