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一种基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法
【专利摘要】本发明是一种基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，包括步骤：S1：获取二维回波数据；S2：提取定标器在同一照射时刻的散射矩阵观测值；S3：获取电磁波照射定标器的入射角及斜视角；S4：获取各照射时刻定标器接收电磁波极化定向角的偏转量；S5：获取姿态误差补偿校正后的全极化回波数据；S6：对姿态误差补偿校正后的全极化回波数据进行方位向压缩，获得图像；S7：在图像的各极化通道中，提取定标器偏转量校正后的散射矩阵，对残留在定标器偏转量校正后的散射矩阵中、由全极化合成孔径雷达系统发射和接收模块引入的不平衡度和各通道串扰进行估计，实现全极化合成孔径雷达系统误差校正，获得全极化合成孔径雷达图像。
【专利说明】一种基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法
【技术领域】
[0001]本发明属于全极化合成孔径雷达(PolSAR)信号处理领域，具体涉及极化定标处理和姿态误差补偿方法
【背景技术】
[0002]极化定标是全极化合成孔径雷达(PolSAR)信号处理的重要环节，其主要目的是校正系统误差，复原成像结果中目标的极化散射特性。因而只有通过极化定标处理，才能从PolSAR图像中提取目标准确的极化信息，支撑后续的应用。
[0003]现有PolSAR极化定标方法主要包括基于点目标、分布目标及混合目标的三类定标算法。其中基于分布目标的定标算法，以Sarabandi算法[Kamal Saraband1.Calibrationof a Polarimetric Synthetic Aperture Radar Using a Known Distributed Target.1EEE Trans on Geoscience and Remote Sensing.Vol.32，No3，May 1994]为例，可以避免人造点目标的摆放，但由于目前人们对各种地物目标的极化散射特性了解并不深入，因而需要利用极化散射计获得的数据来选择作为定标参考目标的地物目标，这使得该类定标算法在实际使用中受到较大的限制；基于混合目标的定标算法，以Qnegan算法为代表[Shaun Quegan.A Unified Algorithm for Phase and Cross-Talk Cal ibration of
Polarimetric Data-Theory and Observations, IEEE Trans on Geoscience and
Remote Sensing.Vol.32, N0.1, January 1994],根据抽象出的散射特性假定,选取针对性的地物目标作为定标参考目标，再结合少量人造点目标，实现定标模型参数的估计，但该方法也在地物目标选择上受到较大限制，尤其是机载PolSAR成像场景中往往难以找到满足假定的区域；基于点目标的定标算法虽然要涉及特定定标器的预先摆放等额外操作，但由于定标器的散射特性已知且可控，定标处理过程比较简单，不需要依赖于成像区域的先验知识，定标精度也相对较高。因而实际PolSAR系统定标处理通常基于预先设计点目标定标器进行。`
[0004]基于点目标的定标算法种类较多。其中Whitt算法[Michael ff.Whitt etc.AGeneral Polarimetric Radar Cal ibration Technique, IEEE Trans on Antennas andPropagation.Vol.39, N0.1, January 1991]不需要对雷达系统失真矩阵作任何假设,对用于定标的反射器的限制条件也相对较少，在定标目标的选择上有很大的灵活性，是实用性较好的算法。
[0005]该方法基于系统误差模型如下所示:
[0006]M=Aej ΦΙ^Τ+Ν
[0007]其中，M表示散射矩阵观测值，S表示归一化的散射矩阵理论值，R用矩阵形式表示接收端模块的通道不平衡度和通道间串扰等系统误差而引起的极化失真，T用矩阵形式表示发射端模块的通道不平衡度和通道间串扰等系统误差而引起的极化失真，A表示绝对幅度值，Φ表示绝对相位值，N表示加性观测噪声，通常在处理中被忽略。
[0008]Whitt算法基于上述模型，利用满足后续处理限制的三个不同点目标对应极化矩阵，可以得到模型中失真矩阵R，T参数的估计值。
[0009]然而上述观测模型，主要考虑的是由系统硬件不完善引起的通道之间串扰和增益不平衡性等误差，没有考虑如姿态等时变性误差。在实际应用中，往往会出现利用布设定标器估计得到的失真并不适用与场景中的其他目标，从而使得定标算法的误差校正性能下降。
[0010]明峰等人[Feng Ming etc.1mproved Calibration method of the airbornepolarimetric SAR]对平台姿态因素进行了分析,将定标模型改进如下:
[0011]M=AejφRtSθT+N=AeJ4RtD( θ ).S.丨1 ( θ )Τ+Ν
[0012]其中，Se表示受姿态影响下的目标散射矩阵，可以表示为Se=D( Θ ).S.Dl Θ )，
【权利要求】
1.一种基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S1:从装载于平台上的全极化合成孔径雷达系统获得的四个极化通道的原始回波数据进行距离向压缩，距离徙动校正处理以及通道间配准处理，获得二维回波数据； 步骤S2:根据定标器方位向坐标及全极化合成孔径雷达系统的合成孔径时间参量，并从二维回波数据中，提取定标器在同一照射时刻Π的散射矩阵观测值M(Il)； 步骤S3:利用定标器方位向及距离向坐标，以及全极化合成孔径雷达系统照射近距及飞行高度参量，计算得到电磁波照射定标器的入射角Φ及斜视角esq; 步骤S4:利用平台飞行姿态数据、入射角Φ及斜视角0sq，计算得到各照射时刻η定标器接收电磁波极化定向角的偏转量Θ (rI); 步骤S5:利用定标器接收电磁波极化定向角的偏转量，对散射矩阵观测值M(Il)进行偏转量校正，得到姿态误差补偿校正后的全极化回波数据； 步骤S6:对姿态误差补偿校正后的全极化回波数据进行方位向压缩，获得图像； 步骤S7:在图像的各极 化通道中，提取定标器偏转量校正后的散射矩阵，采用基于定标器进行场景定标的Whitt算法，对残留在定标器偏转量校正后的散射矩阵中、由全极化合成孔径雷达系统发射和接收模块引入的不平衡度和各通道串扰进行估计，实现全极化合成孔径雷达系统误差校正，获得全极化合成孔径雷达图像。
2.如权利要求1所述的基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，其特征在于，所述散射矩阵观测值M(Il)是通过在合成孔径时间范围内提取定标器同一方位向照射时刻η对应的四个极化通道回波数据Hlhh ( η )，mhv ( η )，mvh ( η )，Hlvv ( η )，将四组回波数据以如下形式组成散射矩阵观测值M (η):
3.如权利要求?所述的基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，其特征在于，所述平台飞行姿态数据包括随照射时间n变化的偏航角ey(ii)、俯仰角θρ(η)和横滚角θ y( η)。
4.如权利要求1所述的基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，其特征在于，构建各照射时刻n定标器接收电磁波极化定向角偏转量θ (n)的模型表示如下
5.如权利要求1所述的基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，其特征在于，构建定标器偏转量校正后的散射矩阵的模型S0—。_( n) , S e _comp (n)表不如下:
Se_comP(n)=D-1[ Θ (η)].Μ(η).D[0 (n)] 其中，照射时刻n极化定向角偏转矩阵D[ θ (n)]表示为:
6.如权利要求1所述的基于平台姿态时变性补偿的极化定标方法，其特征在于，所述平台姿态数据在定标器照射时间内具有时变性。
【文档编号】G01S7/40GK103645466SQ201310689600
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】胡丁晟, 仇晓兰, 胡东辉, 丁赤飚 申请人:中国科学院电子学研究所