一种Pi/4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及简缩极化雷达遥感领域，尤其涉及Pi/4简缩极化合成孔径雷达（SAR) 的目标分解方法。
【背景技术】
[0002] 自1978年第一颗单极化星载SAR (SEASAT)出现以来，微波技术得到迅猛发展，人 们对它的研宄逐步由单极化、单波段、单角度向多极化、多波段、多角度发展，相继出现机载 全极化SAR系统，星载双极化SAR系统及星载全极化SAR系统。而2008年开始又出现一种 新的极化体制SAR系统，叫混合极化SAR系统，其与传统的SAR系统相比有着巨大的不同， 其特点在于，发射波极化状态可以与接收波极化状态完全不同。根据其发射电磁波与接收 电磁波的极化状态又可以分为以下三个简缩极化模式：（1) π /4简缩极化模式，该模式为 发射1路由线性水平极化（H)与垂直极化（V)合成的线性极化波，同时接收Η、V两路极化 波；（2) CL简缩极化模式，该模式为发射1路由线性水平极化（H)与垂直极化（V)合成的圆 极化波，同时接收H、V两路极化波；（3) CC简缩极化模式，该模式为发射1路由线性水平极 化（H)与垂直极化（V)合成的圆极化波，同时接收正交的左旋与右旋极化波。
[0003] 在雷达遥感中，由于测量值受相干斑噪声、表面散射及体散射随机矢量散射效应 的影响，需要使用多元统计量描述感兴趣的目标。对于此类目标，建立"平均"散射机制或 "主导"散射机制的概念对散射数据的分类和反演有着重要意义。极化目标分解就起这样一 个作用，根据获取的极化数据判别场景中那一种散射机制占主导地位。一般有三种散射机 制，单散射（又称面散射）、二次散射（又称偶次散射）、体散射。目标分解是极化雷达的一 个重要应用，它是目标分类、林业遥感应用的前提基础。
[0004] 目前，简缩极化因其具有诸多优势成为国际上研宄的热点技术。简缩极化数据由 于只有两路数据，不能像全极化那样构成3 X 3相干矩阵T3。因此不能将全极化中目标分解 的方法直接应用到简缩极化中，需要寻找新方法对简缩极化数据进行目标分解。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种/4简缩极化SAR的目标分 解方法，以解决简缩极化数据缺乏目标分解方法的问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取如下技术手段：
[0007] -种π /4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤A，获取π /4简缩极化合成孔径雷达数据的Stokes矢量g。^
[0009] 步骤B，建立全极化相干矩阵T3与简缩极化Stokes矢量之间的关系，从而得到体 散射及秩为1的散射机制分别对应的简缩极化Stokes矢量g v，gp;
[0010] 步骤c，建立方程求解体散射能量mv、剩余能量mjp极化特征参数α角；
[0011] 步骤D，根据征参数α角得到单散射、二次散射及体散射功率。
[0012] 其中，步骤A包括：
[0013] 子步骤A1，获取π/4简缩极化合成孔径雷达数据的2X2相干矩阵J;
[0014] 子步骤A2,根据相干矩阵J获取Stokes矢量g()b;
【主权项】
1. 一种π /4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法，包括： 步骤Α，获取π /4简缩极化合成孔径雷达数据的Stokes矢量g(A; 步骤B，建立全极化相干矩阵T3与简缩极化Stokes矢量之间的关系，从而得到体散射 及秩为1的散射机制分别对应的简缩极化Stokes矢量g"，gp; 步骤C，建立方程求解体散射能量m"、剩余能量mjP极化特征参数α角； 步骤D，根据征参数α角得到单散射、二次散射及体散射功率。
2. 如权利要求1所述的π /4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法，其中步骤A包 括： 子步骤Al，获取π /4简缩极化合成孔径雷达数据的2 X 2相干矩阵J ; 子步骤A2,根据相干矩阵J获取Stokes矢量g()b;
其中，Jn，J12, J22代表矩阵J中的元素，符号Re表示取实部，Im表示取虚部。
3. 如权利要求1所述的π /4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法，其中步骤B包 括： 子步骤Bl，建立全极化相干矩阵T3与简缩极化Stokes矢量g之间的关系： π /4简缩极化数据目标矢量k表示为：
其中，SHH，Shv, SVH，Svv表示全极化中四个通道数据； 则简缩极化相干矩阵/ = >
根据相干矩阵与Stokes矢量的关系如式（1)所示，得到全极化相干矩阵1~3与简缩极 化Stokes矢量g之间的关系：
其中，tn，t12, t13, t23, t23, t33为全极化相干矩阵T3的元素，上标符号*表示共轭，符号 Re表示取实部，Im表示取虚部；对于自然分布目标，假定t33=t23=0,则式（3)可以化简 为：
子步骤B2,根据步骤Bl中的关系，推导出均匀体散射在简缩极化中Stokes矢量g":
-g"= 2m "[1 0 0.5 0]τ 其中，代表体散射能量； 子步骤B3,根据步骤Bl中的关系，推导出秩为1的纯目标散射机制在简缩极化中 Stokes 矢量 gp:
其中，mpR表秩为1散射机制能量。
4.如权利要求1所述的π /4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法，其中步骤C包 括： 子步骤C0,根据步骤A获取的观测数据的Stokes矢量g()b及步骤B中获得的g " ^建 立方程组：
子步骤 Cl，令 a = sin 2?cos沪，b = cos 2 a，e - _sin 2asiru/?，则
根据（10)中第2、4个方程可得t = g/g3，则a = Ct ; 子步骤C2,根据（10)中第2个方程，mp= g /a = g^ct); 子步骤 C3,根据（10)中第 1 个方程，m"= (g〇-mp)/2= HgcTg1Z(Ct)]/^; 子步骤 C4,根据（10)中第 3 个方程，b= (g2-m")/mp= [gj/gi-gyOgDilct+O.S; 子步骤C5,将子步骤Cl及C4中的a，b表达式代入（10)中第5个方程，求解得到c ; 子步骤C6,根据子步骤C5中得到的c代入子步骤C2、C3中分别得到m"、mp; 子步骤C7,根据求得a，b，c及以下公式求解得到α :
5.如权利要求1所述的π /4简缩极化合成孔径雷达的目标分解方法，其中步骤D包 括： 根据步骤C中求得的参数获得三种散射功率值Ps，Pd，Plj:
【专利摘要】一种π/4简缩极化SAR数据的目标分解方法，包括：推导出各散射机制全极化中矩阵模型T3矩阵与其各自对应的简缩极化中的Stokes矢量的关系表达式，对Stokes矢量进行目标分解，首先得到体散射的能量值，接着将剩余能量按照极化参数α角分配给单散射与二次散射，最终得到三种散射机制—单散射、二次散射及体散射的功率值。本发明通过Stokes矢量的关系表达式来实现简缩极化SAR数据的目标分解方法，计算步骤简单，结果精确。
【IPC分类】G01S13-90, G01S7-41
【公开号】CN104635220
【申请号】CN201510082179
【发明人】郭胜龙, 洪文, 李洋
【申请人】中国科学院电子学研究所
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月15日