一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法，该方法通过三面角反射器、二面角反射器以及旋转22.5度二面角反射器的三个点目标，依据目标实测与理论散射矩阵来获取校正矩阵，然后利用校正矩阵对全极化合成孔径雷达的回波数据进行校正，从而对全极化合成孔径雷达各极化通道之间的幅度与相位不平衡及串扰进行校正。本发明专利技术方法校正处理过程简单、实用性强、成本低、精度高、易于操作，不需要依赖于成像区域的先验知识，且对系统性能不需做任何假设，可用于实验室环境和野外环境下对全极化合成孔径雷达系统的极化校正。

A fast polarization correction method for polarimetric synthetic aperture radar based on three point targets

The present invention discloses a method of fast polarization correction for all polarization synthetic aperture radar based on three point targets. The method uses three point targets of the reflector, dihedral reflector and rotating 22.5 degree dihedral corner reflector, and obtains the correction matrix according to the measured and theoretical scattering matrix of the target, and then uses the correction. The matrix is corrected for the echo data of the fully polarized synthetic aperture radar (SAR), thus correcting the amplitude and phase unbalance and crosstalk between the polarization channels of the fully polarized SAR. The method has simple, practical, low cost, high precision and easy operation. It does not need to rely on the prior knowledge of the imaging region, and does not have to do any assumptions on the performance of the system. It can be used in the laboratory environment and the field environment for the polarization correction of the fully polarized synthetic aperture RIA system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法
本专利技术涉及一种全极化合成孔径雷达，更特别地说，是指一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法。本专利技术方法能够实现对全极化合成孔径雷达各极化通道之间幅度与相位的不平衡及串扰的校正，以期从校正后的幅度与相位中提取真实、准确的目标极化散射特性。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种全天时、全天候的主动式信息获取系统。如图1所示，合成孔径雷达的全链路系统可以分为三个部分，即雷达载体平台上的回波数据获取部分、空间段数据传输部分以及地面段数据处理部分。合成孔径雷达系统通过发射和接收脉冲信号，获取合成孔径雷达原始回波数据。全极化合成孔径雷达综合了高分辨成像技术和全极化测量的优点，对地物目标的形状、方向、结构、纹理等物理特征具有高度敏感性，丰富的极化信息可用于刻画目标的极化散射特性，在农业大面积地物分类、森林物种识别、地质结构描述、土壤湿度估计、海冰检测、海洋学和军事目标检测与识别等领域有着广泛的应用。然而，在实际的极化测量过程中，全极化合成孔径雷达系统易受到各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰的影响，使得全极化合成孔径雷达获取的数据已无法准确地反映目标特性和散射机理，因此，极化校正是极化雷达精确获取目标极化散射特性的前提和基础。全极化合成孔径雷达的极化校正技术能实现全极化合成孔径雷达对地“定量”观测，还原目标真实的极化散射特性，具有重要的现实和工程意义。
技术实现思路
为了解决全极化合成孔径雷达中各极化通道之间的幅度与相位不平衡及串扰造成的回波信号失真，本专利技术提出了一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法。该方法通过三面角反射器、二面角反射器以及旋转22.5度二面角反射器的三个点目标，依据目标实测与理论散射矩阵来获取校正矩阵，然后利用校正矩阵对全极化合成孔径雷达的回波数据进行校正，从而对全极化合成孔径雷达各极化通道之间的幅度与相位不平衡及串扰进行校正。本专利技术方法校正处理过程简单、实用性强、成本低、精度高、易于操作，不需要依赖于成像区域的先验知识，且对系统性能不需做任何假设，可用于实验室环境和野外环境下对全极化合成孔径雷达系统的极化校正。本专利技术是一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法，极化校正是在SAR信号处理器中完成的，所述极化校正步骤如下：步骤一，根据全极化合成孔径雷达发射和接收模型，明确各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰造成的回波信号失真影响，分别建立参考目标的实测散射矩阵与理论散射矩阵；所述的全极化合成孔径雷达的理论散射矩阵为所述的参考目标的实测散射矩阵为步骤二，应用发射与接收过程失真导致的通道间串扰及幅度与相位不平衡，一方面构建校正矩阵，另一方面建立参考目标的实测散射矩阵与理论散射矩阵的关系模型；所述校正矩阵为所述校正后的实测与理论的关系模型为在步骤三中，利用校正后的实测与理论的关系模型进行各极化通道之间幅度与相位的不平衡及串扰的校正，得到目标校正后的散射矩阵Sa＝C-1Sm，Sm表示目标实测散射矩阵；C-1表示校正矩阵C的逆矩阵。本专利技术一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法的优点在于：①本专利技术利用三面角反射器、二面角反射器以及旋转22.5度二面角反射器此三个点目标的散射特性，作为参考目标，使得校正器的散射特性已知且可控，不需要依赖于成像区域的先验知识。②本专利技术应用目标实测散射矩阵与理论散射矩阵来获取校正矩阵，充分考虑了传输与接收过程当中，由于各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰等造成的回波信号失真影响。③本专利技术的校正矩阵一方面是利用一个三面角反射器和一个二面角反射器获得与同极化相关的六个未知量；另一方面利用一个22.5度二面角反射器获取交叉极化相关的二个未知量；对全极化合成孔径雷达的回波数据处理不含有假设参量，校正处理过程简单、适用性强、成本低、精度高。④本专利技术利用22.5度二面角反射器可以提供全极化的四个方程，并且可以提供同极化和交叉极化的关系。⑤本专利技术方法实现了全极化合成孔径雷达的极化校正，不仅满足极化校正精度要求而且满足校正效率的要求。校正误差完全在合理范围之内，并且远高于极化校正精度要求，能够满足未来相关型全极化合成孔径雷达的极化校正精度要求。附图说明图1是传统合成孔径雷达的结构框图。图2是本专利技术基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的流程图。图3A是合成孔径雷达原始回波数据的同极化图。图3B是采用本专利技术极化校正后的回波数据的同极化图。图3C是合成孔径雷达原始回波数据的交叉极化图。图3D是采用本专利技术极化校正后的回波数据的交叉极化图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术提出的基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法作为目标回波数据的校正手段，内嵌在如图1所示的SAR信号处理器中。能够完成全极化合成孔径雷达各极化通道之间幅度与相位的不平衡及串扰的校正，以期从校正后的幅度与相位中提取真实、准确的目标极化散射特性。在本专利技术中，根据全极化合成孔径雷达发射和接收模型，明确各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰等失真影响，建立目标实测与理论散射矩阵之间的关系；选取及组合参考目标(即三面角反射器、二面角反射器以及旋转22.5度二面角反射器此三个点目标的散射特性，作为参考目标)，利用参考目标的实测与理论散射矩阵的关系，求解校正矩阵；利用校正矩阵去校正全极化合成孔径雷达各极化之间幅度与相位的不平衡及串扰。本专利技术的一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法，该方法包括有下列步骤：步骤一，根据全极化合成孔径雷达发射和接收模型，明确各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰造成的回波信号失真影响，分别建立参考目标的实测散射矩阵与理论散射矩阵；所述的全极化合成孔径雷达的理论散射矩阵为所述的参考目标的实测散射矩阵为在步骤一中，构建参考目标的理论散射矩阵；全极化合成孔径雷达影像利用不同极化方式交替发射和接收雷达信号，从而全极化合成孔径雷达能够获取丰富的参考目标(也称为地物目标)散射特性，包含地表目标物不同极化振幅及相位的信息，为了完全利用包含在全极化合成孔径雷达影像中的信息，分析不同通道、极化之间的相互关系，也就需要建立全极化合成孔径雷达的理论散射矩阵，以便后续进行全极化合成孔径雷达的极化校正，进而获取地物目标的定量信息，更加深入全面的了解参考目标的特征及其时空变化规律。在本专利技术中，全极化合成孔径雷达的理论散射矩阵，记为S。下角标hh表示水平发射水平接收的标识号；下角标hv表示水平发射垂直接收的标识号；下角标vh表示垂直发射水平接收的标识号；下角标vv表示垂直发射垂直接收的标识号。Shh表示水平发射水平接收的理论回波值；Shv表示水平发射垂直接收的理论回波值；Svh表示垂直发射水平接收的理论回波值；Svv表示垂直发射垂直接收的理论回波值。在本专利技术中依据公式(1)，能够得到针对参考目标的理论散射矩阵，记为Si。表示参考目标的水平发射水平接收的理论回波值；上角标i表示理论散射值的标识号；表示参考目标的水平发射垂直接收的理论回波值；表示参考目标的垂直发射水平接收的理论回波值；表示参考目标的垂直发射垂直接收的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法，其特征在于包括有下列极化校正步骤：步骤一，根据全极化合成孔径雷达发射和接收模型，明确各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰造成的回波信号失真影响，分别建立参考目标的实测散射矩阵与理论散射矩阵；所述的全极化合成孔径雷达的理论散射矩阵为

【技术特征摘要】
1.一种基于三个点目标的全极化合成孔径雷达快速极化校正的方法，其特征在于包括有下列极化校正步骤：步骤一，根据全极化合成孔径雷达发射和接收模型，明确各极化之间的幅度与相位不平衡及串扰造成的回波信号失真影响，分别建立参考目标的实测散射矩阵与理论散射矩阵；所述的全极化合成孔径雷达的理论散射矩阵为所述的参考目标的实测散射矩阵为步骤二，应用发射与接收过程失真导致的通道间串扰及幅度与相位不平衡，一方面构建校正矩阵，另一方面建立参考目标的实测散射矩阵与理论散射矩阵的关系模型；所述校正矩阵为所述校正后的实测与理论的关系模型为上角标ref_1表示三面角反射器的标识号，上角标ref_2表示二面角反射器的标识号，上角标ref_3表示旋转22.5度二面角反射器的标识号；表示三面角反射器输出的参考目标实测水平发射水平接收的回波值；表示二面角反射器输出的参考目标实测水平发射水平接收的回波值；表示三面角反射器输出的参考目标实测水平发射垂直接收的回波值；表示二面角反射器输出的参考目标实测水平发射垂直接收的回波值；表示旋转22.5度二面角反射器输出的参考目标实测水平发射垂直接收的回波值；表示三面角反射器输出的参考目标实测垂直发射水平接收的回波值；表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锟山，杨晓峰，王苏芸，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11