一种基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法

本发明属于雷达探测领域，具体涉及一种基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法。

背景技术：

1、极化合成孔径雷达（synthetic aperture radar，sar）能够获取、分析以及处理电磁波所携带极化信息。其通过发射和接收相互垂直的不同波段的电磁波，能够将地物散射特性尽可能完整体现出来，在多场景、多情形下具有优先使用地位。极化信息具有两种表示方式，一是后向散射矩阵，二是目标的散射功率矩阵，也称为kennaugh矩阵。kennaugh矩阵相比后向散射矩阵来说，基于二阶统计量给出了更明确的地物散射特征情况，但是在实际应用中经常被忽略，具有较大的挖掘价值。kennaugh矩阵能够表征对称性、不规则性、对称目标与非对称目标的去极化成分以及耦合成分等。其中，目标方向偏差的整体耦合成分在kennaugh矩阵用 表示，其与方向角(orientation angle，oa)有关。对于方位角为0的区域，即照射目标的雷达视线与目标对称面中的地物法线方向平行的区域，整体耦合成分也为0。方向角主要由两种方式求解，分别是基于极化方式和基于数字高程模型(digitalelevation model, dem)方式，两种求出方向角的结果分别称为极化oa与demoa。

2、在极化sar中，极化回波的准确性是发挥其作用的前提。极化sar在轨运行时，通常会受到硬件损耗以及外部环境等因素影响，这会对极化应用产生较大的制约，而这种制约体现在不同通道幅度和相位的相互关系是否正确，具体量化为通道串扰以及交叉极化和共极化通道不平衡。极化定标的目的即确定不同通道之间失真的严重程度并进行校正，表征出极化图像中正确的地物信息。

3、几十年来，由于角反射器在各通道的相对关系较为清晰，其被认为是最准确的定标方式。在一些应用场景中，例如多频极化定标以及地势较为险恶的地区，使用角反射器会耗费人力物力以及对实验人员造成极大困难，因此现在更多的研究热点聚焦在只应用分布式目标进行定标。其中，共极化通道不平衡通常使用无旋性地物进行定标，即1）利用极化失真参数选取无旋性区域；2）基于无旋性等式进行初步求解；3）基于dem去除初步结果中的模糊。其中，因为极化失真对选取无旋性区域的极化参数影响较大，导致无旋性定标存在误差。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，能够基于dem并减少极化失真对极化参数的影响，准确将外定标极化失真参数完整求解出来。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，包括如下步骤：

4、步骤1：通过未定标的后向散射矩阵，构建未定标协方差矩阵并沿图像的方位向与距离向分块；

5、步骤2：基于未定标协方差矩阵，求解全极化sar交叉极化通道不平衡与串扰，并进行校正；

6、步骤3：通过阈值设置，利用dem选取oa满足要求的区域；所述dem表示数字高程模型，所述oa表示方向角；

7、步骤4：根据步骤3中的区域，利用目标方向偏差的整体耦合成分构造等式得到三个初步的共极化通道不平衡结果；

8、步骤5：根据第4步得到的三个初步的共极化通道不平衡结果校正极化sar图像，并将得到的极化oa与demoa进行比较，选择最终共极化通道不平衡结果；所述demoa为利用dem求解的oa。

9、进一步地，所述步骤1中，首先对未定标的后向散射矩阵构建定标模型，并利用后向散射矩阵表征各像元通道之间的关系求解各像元的协方差矩阵，并进行多像元的协方差矩阵的平均从而减小相干斑噪声的影响；对原始图像沿图像的方位向以及距离向进行分块。

10、进一步地，所述步骤2中，通过平均后的协方差矩阵，保留串扰值的高次项，基于考虑反射对称性的ainsworth算法求解交叉极化通道不平衡以及串扰；并依据定标模型，将求解出的交叉极化通道不平衡以及串扰带入到未定标的图像中，并进行校正。

11、进一步地，所述步骤3中，对航天飞机雷达地形测绘任务srtm的dem进行前向地理编码，将dem从世界大地测量系统84坐标系映射到sar图像斜距坐标系；然后将sar图像斜距坐标系下的dem转换为地距坐标系下的dem，并求解oa同时求出oa小于阈值的区域，得到最终的oa满足要求的区域。

12、进一步地，所述步骤4中，通过oa对斯托克斯反射矩阵的影响以及极化oa和demoa相等的关系，利用在所述最终的oa满足要求的区域下不存在目标方位偏差引起的整体耦合成分，构造等式进行求解，得到三个初步的共极化通道不平衡结果。

13、进一步地，所述步骤5中，将得到的三个初步的共极化通道不平衡结果分别对未定标的后向散射矩阵进行校正，同时对校正后的后向散射矩阵分别求解极化oa，然后与demoa做相关性分析，找到最大相关性对应的共极化通道不平衡结果为最终求解结果。

14、有益效果：

15、本发明主要针对kennaugh矩阵中方位角为0的区域整体耦合成分也为0这一特性进行定标。考虑到实际定标中，通常利用无旋性确定共极化通道不平衡。然而，极化失真参数对选取区域的影响增大了定标误差，所以本发明提出了一种利用dem这一确定地物信息标定共极化通道不平衡，减少使用未定标参数选取区域所带来的误差。

技术特征：

1.一种基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，其特征在于，所述步骤1中，具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，其特征在于，所述步骤2中，通过平均后的协方差矩阵，保留串扰值的高次项，基于考虑反射对称性的ainsworth算法求解交叉极化通道不平衡以及串扰；并依据定标模型，将求解出的交叉极化通道不平衡以及串扰带入到未定标的图像中，并进行校正。

4.根据权利要求3所述的基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，其特征在于，所述步骤3中，对航天飞机雷达地形测绘任务srtm的dem进行前向地理编码，将dem从世界大地测量系统84坐标系映射到sar图像斜距坐标系；然后将sar图像斜距坐标系下的dem转换为地距坐标系下的dem，并求解oa同时求出oa小于阈值的区域，得到最终的oa满足要求的区域。

5.根据权利要求4所述的基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，其特征在于，所述步骤4中，通过oa对斯托克斯反射矩阵的影响以及极化oa和demoa相等的关系，利用在所述最终的oa满足要求的区域下不存在目标方位偏差引起的整体耦合成分，构造等式进行求解，得到三个初步的共极化通道不平衡结果。

6.根据权利要求5所述的基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，其特征在于，所述步骤5中，将得到的三个初步的共极化通道不平衡结果分别对未定标的后向散射矩阵进行校正，同时对校正后的后向散射矩阵分别求解极化oa，然后与demoa做相关性分析，找到最大相关性对应的共极化通道不平衡结果为最终求解结果。

技术总结
本发明公开一种基于整体耦合成分的共极化通道不平衡定标方法，该方法包括如下步骤：步骤1：通过未定标的后向散射矩阵，构建未定标协方差矩阵并沿图像的方位向与距离向分块；步骤2：基于未定标协方差矩阵，求解全极化SAR交叉极化通道不平衡与串扰，并进行校正；步骤3：通过阈值设置，利用DEM求解OA并选择满足要求的区域；步骤4：根据所选区域，利用目标方向偏差的整体耦合成分构造等式确定初步的共极化通道不平衡结果；步骤5：根据第4步得到的不同结果校正极化SAR图像，并将不同结果得到的极化OA与DEMOA进行比较，选择最终共极化通道不平衡结果。本发明能够减少使用未定标参数选取区域所带来的误差。

技术研发人员：赵邢杰,邓云凯,郭航岚,刘秀清,张衡
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14