[發明專利]基于合成孔徑雷達的地物目標接收功率生成方法及系統

無效

• 申請號: 200910078312.3
• 申請日: 2009-02-25
• 公開（公告）號: CN101482611A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 張永紅;余海昆
• 申請（專利權）人: 中國測繪科學研究院
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/90
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達，尤其涉及基于合成孔徑雷達的地物目標接收 功率生成方法及系統。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)是20世紀50年代發展起來的最重要的對地觀測 技術，它通過雷達天線在隨載體的運動中以一定的時間間隔發射電磁脈沖信 號，在不同位置上接收地面物體反射的回波信號，并記錄和存儲下來，形成 地面的高分辨率圖像。極化是電磁波的基本特征。極化合成孔徑雷達 (Polarimetric?SAR)通過天線發射不同極化狀態的電磁脈沖，如水平極化波 和垂直極化波(常用H和V表示)，然后又以不同的極化狀態接收地面物體 反射的回波，從而得到地物目標在不同發射和接收極化組合下的散射特性， 極大增強了對地物目標進行分類和識別的能力。自2006年以后發射的所有新 一代衛星合成孔徑雷達系統，包括ALOS?PALSAR，TerraSAR， Cosmo-SkyMed，Radarsat-2，都具有多極化或全極化成像能力。因此，關于 SAR極化信息的分析和理解是目前合成孔徑雷達遙感領域的研究重點。

全極化SAR影像記錄了地面每個分辨單元在四種基本極化狀態，即HH、 HV、VH、VV(HH表示水平發射/水平接收狀態，其它類推)的散射回波的 幅度(功率)和相位，形成一個散射矩陣。水平和垂直極化是全部極化狀態 (可以用極化橢圓的方位角和橢率角表示)中互相正交的線極化狀態，通過 散射矩陣，可以合成地物目標在任意接收和發射極化狀態下的功率和相位， 這即是極化合成技術。對于任一目標，一定存在某個特定的發射/接收極化狀 態，使得在此狀態下，目標的回波具有最大(或最小)的接收功率。這個問 題可稱之為目標的最優接收功率問題。目標的最優接收功率和目標的后向散 射特性密切相關，因此可以作為表征目標類型的基本參數，對于目標的識別 和分類具有重要意義。例如，在L波段SAR影像上，一些淺水區在HH或 VV極化影像上可能表現較亮(有較大的接收功率)，與裸土或者某些植被難 以區分，再通過比較最小接收功率，水體因其最小接收功率遠低于其它地物 而能明顯區分。美國麻省理工學院林肯實驗室(Lincoln?Laboratory)利用極化 合成技術和目標最優接收功率開發了基于全極化SAR影像的自動目標識別系 統，用于快速發現導彈發射系統等軍事目標。

關于地物目標的最優接收功率問題，最直接的解法是四維空間搜索法， 也叫系統搜索法，其原理是在表征發射和接收極化狀態的極化橢圓方位角和 橢率角的取值區間內，以一定的采樣間隔遍歷每種可能的發射和接收極化狀 態，計算相應的接收功率，比較得出其中的最大值和最小值。這種方法需要 非常巨大的計算量，顯然不能滿足災害搜救或戰場偵查等需要實時處理的應 用需要。另一種方法是由Boerner等于1993年提出的，其基本原理是計算目 標的極化功率散射矩陣的特征值，并形成復的交叉極化比，在此基礎上構造 一個初始的發射極化斯托克司(Stokes)矢量，并開始迭代計算最大接收功率。 這種方法經Schuler等人在1995年進一步完善后被廣泛使用(本文下稱Schuler 方法)。目前歐空局開發的極化SAR專業處理軟件即采用的Schuler方法。 與系統搜索法相比，Schuler方法所要求的計算時間少很多，但只能計算最大 接收功率，這也是此方法的一個關鍵不足。

發明內容

本發明的發明目的是為了解決地物目標的最優接收功率的快速求解問 題。

一方面，本發明實施例提供了一種基于合成孔徑雷達的地物目標接收功 率生成方法，所述方法包括：從發射天線發射給地物目標的發射信號中獲取 發射天線的斯托克司Stokes矢量；從接收天線收到地物目標的反饋信號中獲 取接收天線的Stokes矢量；從接收天線獲取根據地物目標的反饋信號生成的 地物目標的Stokes矩陣；根據發射天線的Stokes矢量、接收天線的Stokes矢 量和地物目標的Stokes矩陣生成地物目標接收功率；所述生成所述地物目標 接收功率具體包括：基于所述發射天線的Stokes矢量、接收天線的Stokes矢 量和地物目標的Stokes矩陣三者乘積的一半，利用柯西不等式，對于所述發 射天線的Stokes矢量/接收天線的Stokes矢量，確定與之匹配的使所述地物目 標接收功率極大/極小化的接收天線Stokes矢量或發射天線Stokes矢量，進行 交叉迭代，產生所述地物目標的局部最大/最小接收功率。