一種極化合成孔徑雷達的定標方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及雷達通信技術領域，具體設及一種極化合成孔徑雷達的定標方法。
【背景技術】
[0002] 極化合成孔徑雷達遙感已經在地物分類、表面粗糖度和±壤濕度估計W及農業應 用等方面得到廣泛的研究和應用。近年來，國內外已成功研制了眾多的機載和星載極化SAR 系統。目前仍在執行飛行試驗的機載極化系統主要有德國F-SAR系統、美國UAVSAR系統及日 本的PiSAR-2系統;星載極化系統主要有德國的化nDEM-X系統W及日本的AL0S-2系統等。利 用運些系統，國內外已獲取了大量的極化數據。在實際應用時，所有的極化分析與應用均是 建立在各極化通道間的相對幅度和相對相位已進行精確標定的前提下，因而在利用極化 SAR數據進行各種應用時，首要需要校正由系統性能不理想引起的極化數據的崎變。
[0003] 目前，國內外眾多學者已提出了大量的極化定標算法及其改進算法，主要包括使 用點目標、使用分布目標及混合使用點目標和分布目標等Ξ類定標算法，其中混合使用分 布目標和點目標的定標算法對極化系統和分布目標進行了一定的假設，從而簡化了定標過 程，因而該類算法在實際中得到了廣泛的應用。
[0004] 由于目前的極化SAR系統可W獲得很高的極化隔離度，并能通過精確的內定標技 術進一步提高極化數據的精度，因而在2006年，Ainsworth提出了一種假設條件更加寬泛的 定標算法，其僅要求目標滿足散射互易性，從而大大擴展了可用定標區域的選取范圍，其已 被成功應用于F-SAR系統和UAVSAR系統極化數據的標定。
[000引但在實際應用中，我們發現Ainswodh算法在估計不平衡參數的過程中并沒有考 慮交叉極化通道噪聲的影響，因而在交叉極化通道噪聲不可忽略時，參數估計精度將會下 降，從而導致極化數據的崎變無法被正確校正。
【發明內容】
[0006] 針對上述現有技術的缺點，本發明的實施例提供一種極化合成孔徑雷達的定標方 法，利用分布目標估計交叉極化通道的不平衡參數，進而對極化SAR數據進行標定。本發明 充分考慮了交叉極化通道的噪聲對交叉極化通道的不平衡參數估計的影響，其在交叉通道 噪聲功率不一致W及信噪比較低的情況下仍能保持良好的參數估計性能。
[0007] 為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：
[0008] -種極化合成孔徑雷達的定標方法，所述極化合成孔徑雷達的各極化通道的噪聲 與信號不相關且各極化通道的噪聲之間也不相關，所述方法包括如下步驟：
[0009] 步驟1，極化合成孔徑雷達獲取全極化散射回波數據；
[0010] 步驟2，建立所述極化合成孔徑雷達的極化定標模型，所述極化定標模型中至少包 含交叉極化通道的不平衡參數、極化通道的串擾參數和接收通道的不平衡參數；
[0011] 步驟3,計算所述極化定標模型中交叉極化通道的不平衡參數和所述極化通道的 串擾參數；
[0012] 步驟4,根據所述交叉極化通道的不平衡參數和極化通道的串擾參數對所述全極 化散射回波數據進行初步校正，得到初步校正后的回波數據；
[0013] 步驟5,計算所述接收通道的不平衡參數，根據所述接收通道的不平衡參數對所述 初步校正后的回波數據進行再次校正，得到全極化合成孔徑雷達的定標數據。
[0014] 本發明的特點和進一步的改進為：
[0015] (1)步驟1中，所述全極化散射回波數據，具體包括：
[0016] 所述合成孔徑雷達的皿通道回波數據，所述合成孔徑雷達的HV通道回波數據，所 述合成孔徑雷達的W通道回波數據，所述合成孔徑雷達的VH通道回波數據。
[0017] (2)步驟2中，所述建立所述極化合成孔徑雷達的極化定標模型，具體包括如下子 步驟：
[0018] (2a)所述極化合成孔徑雷達觀測的極化散射矩陣0與目標的真實散射矩陣S間的 關系采用極化合成孔徑雷達系統誤差模型進行描述，其中，所述觀測的極化散射矩陣0由所 述全極化散射回波數據構造；
[0019] 其中，極化合成孔徑雷達系統誤差模型為：
[0020] 〇 =RST+N
[0021] R為接收失真矩陣，T為發射失真矩陣，N為系統加性噪聲矩陣，且所述接收失真矩 陣R、所述發射失真矩陣T和所述系統加性噪聲矩陣N都為2X2矩陣；
[0022] (2b)將所述極化合成孔徑雷達系統誤差模型0 =RST+N寫為如下矩陣形式：
[0023]
[0024] 其中，矩陣元素的下標h表示水平極化狀態，矩陣元素的下標V表示垂直極化狀態， 若將矩陣元素用XU表示，則j表示發射波的極化方式，i表示接收波的極化方式；
[0025] (2c)將所述極化合成孔徑雷達系統誤差模型的矩陣形式矢量化后，得到如下所述 極化合成孔徑雷達系統誤差模型的矢量形式：
[0026]
[0027] 其中，k為接收通道的不平衡參數，α為交叉極化通道的不平衡參數，u，v，w，z為極 化通道的串擾參數，k=rhh/rw，α=r-thh/rhhtW，U=rvh/rhh，V=tvh/tw，W=rhv/rw，Z=thv/ tlih;
[0028] (2d)定義W下變量：
[0032]
[003引則所述極化合成孔徑雷達系統誤差模型的矢量形式表示為：o=YMAKs+n，其中 [· ]τ表示轉置操作；
[0034] (2e)根據上述子步驟（2a)~（2d)，得到所述極化合成孔徑雷達的極化定標模型 為：
[0035]
[0036] 其中，C。為觀測協方差矩陣，Cs為真實協方差矩陣，CD= <o〇H〉，Cs= <ssH〉，Cn=<nnH 〉，[· ]H表示共輛轉置操作，< ·〉表示求集合平均
，〇11 = ShhSjih,〇41二SvvSjih,〇44二SvvSvv,Α二ShvSjih,Β二ShvSvv,β二ShvShv。
[0037] (3)步驟3中，所述計算所述極化定標模型中交叉極化通道的不平衡參數、所述極 化通道的串擾參數，具體包括如下子步驟：
[003引（3a)定義C=C0-Cn=MDAHMH;
[0039] 其中
144= |y|2〇44,γ= |Yk|^,G=k*|YkpA,H= |Υ|\Β；
[0040] (3b)根據下式估計交叉極化通道的不平衡參數α的值；
[0041]
[004引其中，Cxy表示矩陣C的第X行第y列的元素，m為VH通道和HV通道的噪聲功率比；
[0043] (3c)計算矩陣A=diag(a，1，α，1)，得到矩陣L=A-1CA-h，并表示矩陣G= (X21+L31)/ 2，H=化 24+L34)/2;
[0044] (3d)采用下式估計極化通道的串擾參數u，v，w，z;
[0045]
[0046] 其中，K= (u，v，z，w)T，且有X=化2廣G，L3 廣G，L24-H，L34-H)t，
[0047]
[0048] (3e)利用交叉極化通道的不平衡參數α的值和極化通道的串擾參數u，v，w，z的值 對矩陣D進行估計，將矩陣D作為矩陣C的估計值；
[0049] (3門令虹=111/|日|2，111=1111，重復執行步驟(36)~（36)，直到迭代次數達到設定的次 數，或者所有串擾參數的變化量低于設定閥值，所述串擾參數的變化量是指連續兩次迭代 得到的串擾參數的差值；
[0050] (3g)根據每次迭代的中間值(Ul，Vl，Wl，Zl，αl)確定交叉極化通道的不平衡參數和 極化通道的串擾參數：
[0056] (4)步驟4中，所述初步校正后的回波數據具體為：
[0057]初步校正后的回波數據S具體為：
[005引
[0059]初步校正后的回波數據京表示為：
[0060]
[0061]其中，A=diag(a，l，α，1)，〇 = [0化OhvOvh0w]T，
[0062]
[0063] (5)步驟5,計算所述接收通道的不平衡參數，根據所述接收通道的不平衡參數對 所述初步校正后的回波數據進行再次校正，得到全極化合成孔徑雷達的定標數據，具體包 括：
[0064]采用下式計算所述接收通道的不平衡參數k:
[0065]
[0066]根據所述接收通道的不平衡參數k對所述初步校正后的回波數據￥進行再次校 正，得到全極化合成孔徑雷達的定標數據s