基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，本发明首先对POLSAR雷达影像的串扰和交叉极化通道不平衡参数进行估计与消除；然后，对POLSAR雷达影像进行距离向与方位向的分块；最后，以真实土壤低螺旋体成分为优化目标构建优化函数，并利用同距离向块具有相同未知数的特点，求解同极化通道不平衡。本发明利用自然裸土的螺旋体弱散射特性，对POLSAR雷达系统中存在的发射、接收畸变矩阵进行校准，将有偏差的观测值重新定标为真实散射矩阵，可为雷达在国土资源调查、自然灾害应急响应等应用方面提供有力保障。
【专利说明】基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达遥感图像处理【技术领域】，特别涉及一种基于自然裸土的极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar, POLSAR)定标方法。
【背景技术】
[0002]作为一种高级合成孔径雷达技术，POLSAR (极化合成孔径雷达)通过发射、接收水平与垂直极化电磁波获取地物散射矩阵，在全天时、全天候的条件下进行陆地观测，弥补其他遥感手段的不足，有效地辅助国土资源分类调查、获取植被生物量与地表湿度等物理参数。POLSAR观测的信息往往会受到系统发射、接收畸变矩阵的影响，使得观测值与真实值发生偏差。畸变过程通常可以分为三个部分:串扰(Crosstalk)、交叉极化通道不平衡(Cross-polarization Channel Imbalance)、同极化通道不平衡(Co-polarizationChannel Imbalance)。
[0003]现有极化定标方法利用自然地物的互易性与散射对称性，在不需要参考目标的条件下对串扰、交叉极化通道不平衡进行校正；对于同极化通道不平衡，现有定标方法均需要在场景中布设至少一个有源或无源角反射器进行定标，而在一些山地起伏地区(如我国西部)、无人沙漠区往往难以进行角反射器布设。国外机-星载极化合成孔径雷达硬件系统可靠稳定，没有进行同极化通道不平衡定标时影像幅度误差往往小于0.5dB、相位误差小于5度，可以满足最基本的陆地观测精度要求；我国电子硬件系统误差往往较高，没有进行极化定标的数据难以满足遥感基本需求，这严重制约了我国POLSAR系统的应用范围。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种可估计同极化通道不平衡的基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，该方法利用自然裸土的低螺旋体散射特性，通过数学和电磁散射模型，并提出一种优化函数，通过自然裸土对应的POLSAR观测值，估计出同极化通道不平衡。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
[0006]基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，包括步骤:
[0007]步骤1，以合成孔径雷达影像中裸土为观测目标，估计并消除极化合成孔径雷达影像的串扰与交叉极化通道不平衡；
[0008]步骤2，协方差矩阵观测值的获取，本步骤进一步包括子步骤:
[0009]2.1将极化合成孔径雷达影像在方位向划分为P块方位向块、在距离向划分为N块距离向块，即，各距离向块对应P块方位向块；
[0010]2.2针对各距离向块，分别对距离向块对应的各方位向块中裸土像素的极化协方差矩阵进行平均处理，获得各方位向块的平均极化协方差矩阵，将获得的P个平均极化协方差矩阵作为距离向块的观测值；
[0011]步骤3，估计同极化通道不平衡，本步骤进一步包括子步骤:[0012]3.1以土壤螺旋体成分为优化目标构建优化函数
【权利要求】
1.基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，其特征在于，包括步骤: 步骤1，以合成孔径雷达影像中裸土为观测目标，估计并消除极化合成孔径雷达影像的串扰与交叉极化通道不平衡； 步骤2，协方差矩阵观测值的获取，本步骤进一步包括子步骤: 2.1将极化合成孔径雷达影像在方位向划分为P块方位向块、在距离向划分为N块距离向块，即，各距离向块对应P块方位向块； 2.2针对各距离向块，分别对距离向块对应的各方位向块中裸土像素的极化协方差矩阵进行平均处理，获得各方位向块的平均极化协方差矩阵，将获得的P个平均极化协方差矩阵作为距离向块的观测值； 步骤3，估计同极化通道不平衡，本步骤进一步包括子步骤: 3.1以土壤螺旋体成分为优化目标构建优化函数
2.如权利要求1所述的基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，其特征在于: 步骤I进一步包括子步骤: 1.1分别以极化合成孔径雷达影像中各像素点为中心开大小nXn的窗口，采用窗口中像素灰度值构建窗口对应的极化相干矩阵，η值人为预设； 1.2以合成孔径雷达影像中裸土像素为观测目标，采用Qugen定标法消除构建的极化相干矩阵的串扰与交叉极化通道不平衡。
3.如权利要求1所述的基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，其特征在于: 子步骤3.2进一步包括: a)构建线性方程组BM= L，其中，
4.如权利要求3所述的基于自然裸土的极化合成孔径雷达定标方法，其特征在于: 设置多组不同的迭代初始值Px = ax+j.bx，采用所述的步骤a)~d)分别获得多组迭代初始化对 应的求解结果，将求解残差I IBM-Ll I2最小的求解结果作为最终解。
【文档编号】G01S7/40GK103869299SQ201410129765
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】史磊, 李平湘, 杨杰 申请人:武汉大学