一种全极化雷达目标极化相干特征的可视化方法

文档序号:9909655阅读:725来源:国知局
一种全极化雷达目标极化相干特征的可视化方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于雷达极化信息处理与应用技术领域,涉及一种全极化雷达目标极化相 干特征的可视化解译方法。
【背景技术】
[0002] 全极化雷达通过收发一组极化状态正交的电磁波,能够获得目标的全极化信息, 为目标散射机理解译、特征参数反演、目标探测与识别等提供重要支撑。具备全极化测量能 力的雷达系统已在对地观测、防空反导、气象探测、海面监测等诸多重要领域成为主流传感 器,得到了广泛应用。
[0003] 全极化雷达获得的目标全极化信息可以由极化散射矩阵进行表征。不同极化通道 间的极化相干特征是一种常用的极化特征量,可应用于目标检测与分类等领域。极化相干 特征十分敏感于目标姿态与雷达视线的相对几何关系。对同一目标,当其相对于全极化雷 达视线的姿态不同时,其极化散射特性(如极化相干特征的取值)可以是显著不同的。这种 现象给全极化雷达极化信息处理与应用造成诸多不便,是当前全极化雷达目标极化散射机 理精细解译和定量应用面临的技术瓶颈之一。如何有效挖掘和刻画目标极化相干特征在绕 雷达视线旋转域中的隐含信息并克服解译模糊,成为提升目标散射机理解译与应用性能的 关键。因此,发展全极化雷达目标极化相干特征的可视化方法及其参数化刻画方法对雷达 目标散射机理解译和应用都非常有价值。

【发明内容】

[0004] 本发明为精细解译目标在绕雷达视线旋转域中的散射特性,提供一种全极化雷达 目标极化相干特征的可视化方法。本方法在旋转域对目标极化相干特征进行可视化处理和 参数化刻画,可适用于多种用途(如对空监视、对地观测、气象探测、海面监视等)的全极化 雷达系统,并在空中目标分类识别、地物类别鉴别、损毁评估等领域具有应用价值。
[0005] 本发明的基本思路是:极化相干特征敏感于目标姿态与雷达视线的相对几何关 系。同一目标在不同姿态条件下,其极化相干特征的取值可能会发生显著变化。通过将获取 的极化散射矩阵绕雷达视线进行旋转处理,能够改变目标姿态与雷达视线的相对几何关 系。这样,通过遍历绕雷达视线旋转域中的每一个旋转角,能够得到旋转域中的极化相干特 征序列。对旋转域中的极化相干特征序列进行可视化处理和参数化刻画,可以完整地描述 目标极化相干特征在旋转域中的特性,用于精细解译目标在绕雷达视线旋转域中的散射机 理,进而用于物理参数反演和目标分类识别等领域。
[0006] 本发明的技术方案是:一种全极化雷达目标极化相干特征的可视化方法,具体包 括下述步骤:
[0007] 利用全极化雷达获得的目标极化散射矩阵
作为本发明的输入。X和 Y代表任意两种不同的极化通道。其中,SXX为在X极化发射和X极化接收条件下获取的复后向 散射系数;Syx为在X极化发射和Y极化接收条件下获取的复后向散射系数;Sxy为在Y极化发 射和X极化接收条件下获取的复后向散射系数;SYY为在Υ极化发射和Υ极化接收条件下获取 的复后向散射系数。
[0008] 第一步,极化散射矩阵绕雷达视线旋转处理:
[0009] 在绕全极化雷达视线方向,对极化散射矩阵S进行旋转处理,对旋转域中的旋转角 0,0£[-3!, 31],计算旋转处理后的旋转极化散射矩阵5(0)的表达式,为:
[0010]
[0011] 其中,旋转矩阵
,上标T为转置处理。
[0012] 旋转极化散射矩阵s(0)各元素在旋转域中的表达式为:
[0013] Sxx(9) = Sxxcos20+SxYC〇s0sin0+SYxcos0sin0+SYYsin29
[0014] Sxy(9) =-Sxxcos0sin0+SxYC〇s20-SYxsin20+SYYC〇s0sin9
[0015] Syx(9) =-Sxxcos0sin0-SxYsin20+SYxcos20+SYYC〇s0sin9
[0016] Syy(9) = Sxxsin20-SxYC〇s0sin0-SYxcos0sin0+SYYC〇s29
[0017] 第二步,计算旋转域中的极化相干特征序列:
[0018] 将旋转域中的旋转角Θ进行离散化处理,得到离散化的旋转角序列Θ,, € =〗= (λ ι,"·,._Μ,N的取值根据实际情况确定。对极化通道X和Y,计算旋转角序列对 N 应的极化相干特征序列I γχ-γ(θ〇 I,为:
[0019]
[0020] 其中,〈·>为集合平均处理,| · |为取绝对值处理,上标*为共辄处理。可见0< γχ-γ(θ?) | < L
[0021] 第三步,旋转域中极化相干特征的可视化处理:
[0022] 将旋转角序列Θ,和极化相干特征序列I γχ-Κθ,) |在极坐标系中进行表示,即得到 旋转域中极化相干特征的可视化图。
[0023 ]第四步,极化相干特征可视化图的参数化刻画:
[0024] 旋转域中极化相干特征的可视化图表征了全极化雷达目标在绕雷达视线旋转域 中的散射特性。为便于利用该可视化图,提取以下特征参数对其进行参数化刻画:
[0025] 1.原始极化相干特征值| γ χ-υ |,为:
[0026] γχ-γ| = I γχ-γ(0)
[0027] 2.极化相干特征最大值I γ X-Y I max,为:
[0028] I γ X-Y |max=max{ I γ X-Υ(θ?) I }
[0029] 3.极化相干特征最小值|^|*,为:
[0030] I γ χ-γ |min=min{ I γ x-γ(θ〇 I}
[0031 ] 4 ·极化相干度 I γ χ-υ I mean,为:
[0032] I γ χ-γ |mean=mean{ I γ χ-γ(θ?) I }
[0033] 5.极化相干起伏度I γχ-Y|std,为:
[0034] γ χ-γ I Std = std{ I γχ-γ(θ?) I }
[0035] 6 ·极化相干对比度I γ X-YImax-min,为:
[0036] y X-Y I max-min= | Y X-Y | max- | Y X-Y | min
[0037] 7.最大化旋转角0Y_max,为:
[0038]
[0039] 8.最小化旋转角0Y_min,为:
[0040]
[00411 9.极化相干宽度BWa,为:
[0042] ,其中 | γ X-Υ(θ〃)| = | γ X-Υ(θ') | =α · γ χ-γ|臟目.θ〃 >θ'
[0043]其中,max{ · }为求序列的最大值;min{ · }为求序列的最小值;mean{ · }为求序列 的均值;std{ ·}为求序列的标准差;α为调节因子,根据实际情况确定,通常取α = 0.95。
[0044] 结合可视化图和上述刻画参数,就得到了雷达目标极化相干特征的可视化方法, 为目标分类识别等应用提供支撑。
[0045] 用本发明可取得以下技术效果:
[0046] 本发明所述的雷达目标极化相干特征的可视化方法,能够可视化和参数化刻画目 标在绕雷达视线旋转域中的散射特性,并通过提取可视化图的特征参数为后续的目标分类 识别、损毁评估等应用服务。本发明实现简单,实施起来也非常方便,可直接应用于具有不 同用途的全极化雷达系统获得的目标极化散射矩阵数据。本发明对于对空监视、对地观测、 气象探测、海面监视、减灾防灾等应用领域都有着重要的参考价值。
【附图说明】
[0047]图1本发明的实
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