一种星载π/4模式简缩极化SAR相位重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种星载31 /4模式简缩极化合成孔径雷达（SAR)相位重构方法，属于 信号处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着TerraSAR-X、Radarsat-2以及AL0S-2等全极化SAR卫星相继发射升 空并广泛应用于地质测绘、海洋观测、灾害监测以及资源勘查等诸多方面，针对全极化SAR 的研究与应用逐渐受到世界各国的重视。
[0003] 相比较单极化SAR，全极化SAR能够获取不同极化通道的目标信号，从而得到地物 的极化散射信息，而该信息正是反演地表目标在不同极化条件下特性的重要参考依据。但 是，由于脉冲重复频率加倍，全极化SAR的观测带宽度较窄。针对该问题，近年来国外学者 提出了简缩极化SAR工作模式。简缩极化SAR工作模式能够利用回波数据，通过重构反演 得到全极化模式各极化通道的功率信息，从而很好地保留地物目标的极化散射信息。在该 模式下，雷达只需要发射一种极化方式的信号，而不需要交替发射不同极化信号，从而获得 与单极化SAR相同的观测带宽。
[0004] π/4模式作为简缩极化SAR的一种工作模式，其发射45°线极化信号，分别接收 水平和垂直线极化信号。现有的重构算法只能根据接收的两通道信号重构出等效的全极化 模式各极化通道的功率信息，而不能重构出通道的相位信息。而各极化通道的相位值正是 SAR干涉测量、极化干涉测量等应用的必需信息。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法，该方法基于π /4模 式下获取的水平和垂直极化通道数据，通过一系列信号处理过程，重构得到全极化模式下 各极化通道的相位值，是一种适用于星载/4模式简缩极化SAR相位重构的新方法。
[0006] -种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法，包括以下几个步骤：
[0007] 步骤一：获取简缩极化协方差矩阵；
[0008] 步骤二：设定交叉极化项初值以及相关系数初值；
[0009] 步骤三：迭代计算获取交叉极化项及相关系数；
[0010] 步骤四：获取重构全极化协方差矩阵；
[0011] 步骤五：获取水平发射水平接收通道与垂直发射垂直接收通道信号的相位差；
[0012] 步骤六：解方程获取各极化通道信号的相位值。
[0013] 本发明的优点在于：
[0014] (1)本发明提出一种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法，该方法具有处理 流程简单的特点。在获取各极化通道相位值时，步骤简单易行。
[0015] (2)本发明提出一种星载31 /4模式简缩极化SAR相位重构方法，该方法具有实用 性强的特点。该方法直接采用简缩极化SAR回波各极化通道数据重构得到相应相位信息， 基于雷达数据本身完成重构，无需借助地物目标散射特性等先验信息，故不受探测目标所 处环境或其他条件影响。
[0016] (3)本发明提出一种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法，该方法对π /4模 式下的星载简缩极化SAR数据处理具有非常重要的应用价值。在现有简缩极化SAR功率信 息重构的基础上，提出了相位信息重构方法，为简缩极化SAR工作模式下干涉测量以及极 化干涉测量提供了数据基础。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明提出的一种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法的方法流程 图；
[0018] 图2是本发明所采用的星载全极化SAR图像数据发射水平极化接收水平极化通道 信号显示结果；
[0019] 图3是本发明所采用的星载全极化SAR图像数据发射垂直极化接收水平极化通道 信号显示结果；
[0020] 图4是本发明所采用的星载全极化SAR图像数据发射水平极化接收垂直极化通道 信号显示结果；
[0021] 图5是本发明所采用的星载全极化SAR图像数据发射垂直极化接收垂直极化通道 信号显示结果；
[0022] 图6所示为发射水平极化接收水平极化通道信号的相位值散点图；
[0023] 图7所示为发射垂直极化接收水平极化通道信号的相位值散点图；
[0024] 图8所示为发射水平极化接收垂直极化通道信号的相位值散点图；
[0025] 图9所示为发射垂直极化接收垂直极化通道信号的相位值散点图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027] 本发明提出一种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法，该方法基于星载π /4 模式简缩极化SAR后向散射矩阵投影矢量模型，如式（1)所示：
[0028]
(1)
[0029] 式中，Shh表示散射矩阵中发射水平极化接收水平极化分量，S HV表示散射矩阵中发 射垂直极化接收水平极化分量，Svh表示散射矩阵中发射水平极化接收垂直极化分量，S vv表 示散射矩阵中发射垂直极化接收垂直极化分量。SHH，SHV，S VH，Svv即为四个极化通道的复数 图像。[x]T表示对矩阵[X]做转置运算。
[0030] 本发明是一种星载π /4模式简缩极化SAR相位重构方法，方法流程图如图1所 示，具体包括以下几个步骤：
[0031] 步骤一：获取简缩极化协方差矩阵；
[0032] 设SHH，SHV，SVH，S vv四个极化通道的图像大小均为NaR N ^列，由式⑴所示的π/4 模式简缩极化SAR后向散射矩阵投影矢量，对图像中第（i，j)个像素，其中I < i <Na， 1彡j彡队，根据式⑵计算简缩极化协方差矩阵踡为：
[0033]
闕
[0034] 式中，，表示图像复数据中第（i，j)个像素的后向散射矩阵投影矢量，矿表示对 η /4模式简缩极化SAR后向散射矩阵投影矢量I取共辄转置计算所得矢量，表示图像 复数据中第（i，j)个像素的后向散射矩阵投影矢量的共辄转置，<x>表示对X采用窗口大 小为（2M+1)行（2N+1)列的窗函数进行空域均值处理，即以X所在坐标（i，j)为中心，求周 围第i-Μ行到i+M行，第j-N列到j+N列内的所有分量均值作为X值，需要注意的是，对于 靠近图像边缘的像素点，会存在均值处理窗口超出图像边界的情况，即i-M < 0, j-N < 0， i+M多Na，j+N多队，此时，该像素点不做空域均值处理直接以计算出x值作为该像素点值， ^11表示图像复数据中第（i，j)个像素的简缩极化协方差矩阵中（1，1)项，€12表示图像 复数据中第（i，j)个像素的简缩极化协方差矩阵中（1，2)项，表示图像复数据中第（i， j)个像素的简缩极化协方差矩阵中（2, 1)项，表示图像复数据中第（i，j)个像素的简 缩极化协方差矩阵中（2, 2)项。
[0035] 步骤二：设定交叉极化项初值及相关系数初值；
[0036] 由于重构计算中需要采用迭代运算，因此需要对迭代变量交叉极化项以及相关系 数设定初值，对图像中第（i，j)个像素，根据式（3)计算交叉极化项初值与相关系数初 值 < 为：
[0037]
(3)
[0038] 式中，j表示虚数单位，即/ = A #
[0039] 步骤三：迭代计算交叉极化项及相关系数；
[0040] 设定迭代计算次数T，对图像中第（i，j)个像素，根据式（4)迭代计算得到交叉极 化项X 1 ]及相关系数r 1]如式⑷所示：
[0041 ]
(4)：
[0042] 式中，X1]表示图像中第（i，j)个像素经过T次迭代运算所得的交叉极化项，夂1, 表示图像中第（i，j)个像素迭代计算第T-I次后所得交叉极化项，r1]表示图像中第