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一種基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，包括步驟：S1：獲取二維回波數(shù)據(jù)；S2：提取定標(biāo)器在同一照射時(shí)刻的散射矩陣觀測值；S3：獲取電磁波照射定標(biāo)器的入射角及斜視角；S4：獲取各照射時(shí)刻定標(biāo)器接收電磁波極化定向角的偏轉(zhuǎn)量；S5：獲取姿態(tài)誤差補(bǔ)償校正后的全極化回波數(shù)據(jù)；S6：對姿態(tài)誤差補(bǔ)償校正后的全極化回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向壓縮，獲得圖像；S7：在圖像的各極化通道中，提取定標(biāo)器偏轉(zhuǎn)量校正后的散射矩陣，對殘留在定標(biāo)器偏轉(zhuǎn)量校正后的散射矩陣中、由全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射和接收模塊引入的不平衡度和各通道串?dāng)_進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正，獲得全極化合成孔徑雷達(dá)圖像。
【專利說明】一種基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全極化合成孔徑雷達(dá)(PolSAR)信號處理領(lǐng)域，具體涉及極化定標(biāo)處理和姿態(tài)誤差補(bǔ)償方法
【背景技術(shù)】
[0002]極化定標(biāo)是全極化合成孔徑雷達(dá)(PolSAR)信號處理的重要環(huán)節(jié)，其主要目的是校正系統(tǒng)誤差，復(fù)原成像結(jié)果中目標(biāo)的極化散射特性。因而只有通過極化定標(biāo)處理，才能從PolSAR圖像中提取目標(biāo)準(zhǔn)確的極化信息，支撐后續(xù)的應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有PolSAR極化定標(biāo)方法主要包括基于點(diǎn)目標(biāo)、分布目標(biāo)及混合目標(biāo)的三類定標(biāo)算法。其中基于分布目標(biāo)的定標(biāo)算法，以Sarabandi算法[Kamal Saraband1.Calibrationof a Polarimetric Synthetic Aperture Radar Using a Known Distributed Target.1EEE Trans on Geoscience and Remote Sensing.Vol.32，No3，May 1994]為例，可以避免人造點(diǎn)目標(biāo)的擺放，但由于目前人們對各種地物目標(biāo)的極化散射特性了解并不深入，因而需要利用極化散射計(jì)獲得的數(shù)據(jù)來選擇作為定標(biāo)參考目標(biāo)的地物目標(biāo)，這使得該類定標(biāo)算法在實(shí)際使用中受到較大的限制；基于混合目標(biāo)的定標(biāo)算法，以Qnegan算法為代表[Shaun Quegan.A Unified Algorithm for Phase and Cross-Talk Cal ibration of
Polarimetric Data-Theory and Observations, IEEE Trans on Geoscience and
Remote Sensing.Vol.32, N0.1, January 1994],根據(jù)抽象出的散射特性假定,選取針對性的地物目標(biāo)作為定標(biāo)參考目標(biāo)，再結(jié)合少量人造點(diǎn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)定標(biāo)模型參數(shù)的估計(jì)，但該方法也在地物目標(biāo)選擇上受到較大限制，尤其是機(jī)載PolSAR成像場景中往往難以找到滿足假定的區(qū)域；基于點(diǎn)目標(biāo)的定標(biāo)算法雖然要涉及特定定標(biāo)器的預(yù)先擺放等額外操作，但由于定標(biāo)器的散射特性已知且可控，定標(biāo)處理過程比較簡單，不需要依賴于成像區(qū)域的先驗(yàn)知識(shí)，定標(biāo)精度也相對較高。因而實(shí)際PolSAR系統(tǒng)定標(biāo)處理通?；陬A(yù)先設(shè)計(jì)點(diǎn)目標(biāo)定標(biāo)器進(jìn)行。`
[0004]基于點(diǎn)目標(biāo)的定標(biāo)算法種類較多。其中Whitt算法[Michael ff.Whitt etc.AGeneral Polarimetric Radar Cal ibration Technique, IEEE Trans on Antennas andPropagation.Vol.39, N0.1, January 1991]不需要對雷達(dá)系統(tǒng)失真矩陣作任何假設(shè),對用于定標(biāo)的反射器的限制條件也相對較少，在定標(biāo)目標(biāo)的選擇上有很大的靈活性，是實(shí)用性較好的算法。
[0005]該方法基于系統(tǒng)誤差模型如下所示:
[0006]M=Aej ΦΙ^Τ+Ν
[0007]其中，M表示散射矩陣觀測值，S表示歸一化的散射矩陣?yán)碚撝?，R用矩陣形式表示接收端模塊的通道不平衡度和通道間串?dāng)_等系統(tǒng)誤差而引起的極化失真，T用矩陣形式表示發(fā)射端模塊的通道不平衡度和通道間串?dāng)_等系統(tǒng)誤差而引起的極化失真，A表示絕對幅度值，Φ表示絕對相位值，N表示加性觀測噪聲，通常在處理中被忽略。
[0008]Whitt算法基于上述模型，利用滿足后續(xù)處理限制的三個(gè)不同點(diǎn)目標(biāo)對應(yīng)極化矩陣，可以得到模型中失真矩陣R，T參數(shù)的估計(jì)值。
[0009]然而上述觀測模型，主要考慮的是由系統(tǒng)硬件不完善引起的通道之間串?dāng)_和增益不平衡性等誤差，沒有考慮如姿態(tài)等時(shí)變性誤差。在實(shí)際應(yīng)用中，往往會(huì)出現(xiàn)利用布設(shè)定標(biāo)器估計(jì)得到的失真并不適用與場景中的其他目標(biāo)，從而使得定標(biāo)算法的誤差校正性能下降。
[0010]明峰等人[Feng Ming etc.1mproved Calibration method of the airbornepolarimetric SAR]對平臺(tái)姿態(tài)因素進(jìn)行了分析,將定標(biāo)模型改進(jìn)如下:
[0011]M=AejφRtSθT+N=AeJ4RtD( θ ).S.丨1 ( θ )Τ+Ν
[0012]其中，Se表示受姿態(tài)影響下的目標(biāo)散射矩陣，可以表示為Se=D( Θ ).S.Dl Θ )，
【權(quán)利要求】
1.一種基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1:從裝載于平臺(tái)上的全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)獲得的四個(gè)極化通道的原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向壓縮，距離徙動(dòng)校正處理以及通道間配準(zhǔn)處理，獲得二維回波數(shù)據(jù)； 步驟S2:根據(jù)定標(biāo)器方位向坐標(biāo)及全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的合成孔徑時(shí)間參量，并從二維回波數(shù)據(jù)中，提取定標(biāo)器在同一照射時(shí)刻Π的散射矩陣觀測值M(Il)； 步驟S3:利用定標(biāo)器方位向及距離向坐標(biāo)，以及全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)照射近距及飛行高度參量，計(jì)算得到電磁波照射定標(biāo)器的入射角Φ及斜視角esq; 步驟S4:利用平臺(tái)飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、入射角Φ及斜視角0sq，計(jì)算得到各照射時(shí)刻η定標(biāo)器接收電磁波極化定向角的偏轉(zhuǎn)量Θ (rI); 步驟S5:利用定標(biāo)器接收電磁波極化定向角的偏轉(zhuǎn)量，對散射矩陣觀測值M(Il)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)量校正，得到姿態(tài)誤差補(bǔ)償校正后的全極化回波數(shù)據(jù)； 步驟S6:對姿態(tài)誤差補(bǔ)償校正后的全極化回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向壓縮，獲得圖像； 步驟S7:在圖像的各極 化通道中，提取定標(biāo)器偏轉(zhuǎn)量校正后的散射矩陣，采用基于定標(biāo)器進(jìn)行場景定標(biāo)的Whitt算法，對殘留在定標(biāo)器偏轉(zhuǎn)量校正后的散射矩陣中、由全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射和接收模塊引入的不平衡度和各通道串?dāng)_進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)全極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正，獲得全極化合成孔徑雷達(dá)圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，其特征在于，所述散射矩陣觀測值M(Il)是通過在合成孔徑時(shí)間范圍內(nèi)提取定標(biāo)器同一方位向照射時(shí)刻η對應(yīng)的四個(gè)極化通道回波數(shù)據(jù)Hlhh ( η )，mhv ( η )，mvh ( η )，Hlvv ( η )，將四組回波數(shù)據(jù)以如下形式組成散射矩陣觀測值M (η):
3.如權(quán)利要求?所述的基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，其特征在于，所述平臺(tái)飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)包括隨照射時(shí)間n變化的偏航角ey(ii)、俯仰角θρ(η)和橫滾角θ y( η)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，其特征在于，構(gòu)建各照射時(shí)刻n定標(biāo)器接收電磁波極化定向角偏轉(zhuǎn)量θ (n)的模型表示如下
5.如權(quán)利要求1所述的基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，其特征在于，構(gòu)建定標(biāo)器偏轉(zhuǎn)量校正后的散射矩陣的模型S0—。_( n) , S e _comp (n)表不如下:
Se_comP(n)=D-1[ Θ (η)].Μ(η).D[0 (n)] 其中，照射時(shí)刻n極化定向角偏轉(zhuǎn)矩陣D[ θ (n)]表示為:
6.如權(quán)利要求1所述的基于平臺(tái)姿態(tài)時(shí)變性補(bǔ)償?shù)臉O化定標(biāo)方法，其特征在于，所述平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)在定標(biāo)器照射時(shí)間內(nèi)具有時(shí)變性。
【文檔編號】G01S7/40GK103645466SQ201310689600
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】胡丁晟, 仇曉蘭, 胡東輝, 丁赤飚 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所