专利名称：星载全极化sar数据中的fra估计方法
技术领域：
本发明属于航天和微波遥感的交叉技术领域，特别涉及一种星载全极化SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)数据中的电离层 FRA (Faraday RotationAngle，法拉第旋转角)的估计方法。其优点是在系统存在相位不平衡误差的情况下，仍能准确估计FRA，且性能稳健。
背景技术：
全极化是星载SAR发展的重要方向之一，星载全极化SAR在植被测量、生物量反演等领域具有重要意义。FR (Faraday Rotation,法拉第旋转)是电磁波穿过电离层时受到地磁场的影响，极化矢量方向发生偏转的现象。研究表明，受到FR影响的L、P波段的星载全极化SAR数据无法直接应用于散射矩阵测量、植被参数反演等领域。日本L波段卫星ALOSPALSAR数据中已经发现了 FR的影响。基于全极化SAR数据的FRA估计方法会受到系统通道间串扰、不平衡(包括相位不平衡和幅度不平衡)及加性噪声的影响。通常，全极化系统串扰处于可忽略的水平；基于PCM(Polarimetric Covariance Matrix,极化协方差矩阵)的方法可以极大减小加性噪声的影响Jie Chen提出的方法只是在幅度不平衡的影响下比较稳健。已有的上述两类FRA估计方法受到系统相位不平衡影响较大。本发明提出一种FRA估计新方法。新方法基本不受系统相位不平衡的影响，性能更加稳健。
发明内容
本发明的目的是:提出一种新的FRA估计方法，应用于星载全极化SAR数据的FRA估计与校正。与现有方法相比，新方法基本不受系统相位不平衡的影响，性能更加稳健。本发明技术方案的思路是:将星载全极化SAR散射矩阵测量值转化为协方差矩阵测量值，根据PCM中FRA与PCM真值之间的关系，提出基于极化协方差数据的FRA估计方法。本发明技术方案是:已知星载全极化SAR散射矩阵的测量向量M= [Mhh Mhv Mvh MvJt上式中，上标T表示转置操作。下标中两个字母依次表示接收和发射天线的极化状态，h表示水平极化，V表示垂直极化。如Mhv表示以垂直极化发射，水平极化接收得到的
测量值。第一步、获取PCM利用测量向量，可得其对应的PCM，为4X4矩阵CC=<MMh>上式中，〈.>表示窗口平均操作，窗口大小为1X1像素至IOX 10像素之间，最佳窗口大小取为5X5像素。Mh表示对向量M的共轭转置操作。第二步、构造FRA估计复数
利用矩阵C非对角线元素的实部及对角线元素构造与FRA相关的复数Z1:Z1= (C11-C44) + jRe (C13+C24-C12_C34)iS*，CM，p=l，2，3，4.q=l，2，3，4.表示矩阵 C 中第 p 行、第 q 列的元素。
权利要求
1.一种星载全极化合成孔径雷达SAR数据中的法拉第旋转角FRA估计方法，其特征在于，包括下述步骤: 已知星载全极化SAR散射矩阵的测量向量M:M=LMhh Mhv Mvh MvJt 上式中，上标T表示转置操作；下标中两个字母依次表示接收和发射天线的极化状态，h表示水平极化，V表示垂直极化； 第一步、获取PCM: 利用下式得到极化协方差矩阵PCM为4X4矩阵C: c=<mmh> 上式中，〈.>表示窗口平均操作，窗口大小为1X1像素 IOX 10像素，根据实际需求确定；MH表示对向量M的共轭转置操作； 第二步、构造FRA估计复数 利用下式构造与FRA相关的复数Z1: Z1= (C11-C44) +jRe (C13+C24-C12-C34) 上式中，Cm表示矩阵C中第P行、第q列的元素，p=l，2，3, 4 ；q=l,2, 3，4 ;j.= 表示虚数单位；Re(.)表示取实部操作； 第三步、估计FRA 则FRA的估计值 Ω, =^arg(Z1) arg(.)表示取角度操作。
全文摘要
本发明提出一种星载全极化SAR数据中的FRA估计方法。技术方案包括以星载全极化SAR散射矩阵的测量向量为输入，第一步、获取PCM根据散射矩阵的测量向量得到其对应的PCM；第二步、构造FRA估计复数利用测量向量对应的PCM非对角线元素的实部及对角线元素构造与FRA相关的复数。第三步、估计FRA通过对第二步构造出的复数进行取角度及减半操作，完成FRA估计。本发明基本不受系统相位不平衡的影响，性能更加稳健。
文档编号G01S7/02GK103197286SQ20131010892
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者张永胜, 李力, 董臻, 黄海风, 孙造宇, 金光虎, 余安喜, 何峰, 何志华, 杜湘瑜, 陈祺, 马喜乐 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学