[發明專利]星載全極化SAR數據中的FRA估計方法

無效

• 申請號: 201310108925.3
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103197286A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 張永勝;李力;董臻;黃海風;孫造宇;金光虎;余安喜;何峰;何志華;杜湘瑜;陳祺;馬喜樂
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

技術領域

本發明屬于航天和微波遙感的交叉技術領域，特別涉及一種星載全極化SAR（Synthetic?Aperture?Radar，合成孔徑雷達）數據中的電離層FRA（Faraday?Rotation?Angle，法拉第旋轉角）的估計方法。其優點是在系統存在相位不平衡誤差的情況下，仍能準確估計FRA，且性能穩健。

背景技術

全極化是星載SAR發展的重要方向之一，星載全極化SAR在植被測量、生物量反演等領域具有重要意義。FR（Faraday?Rotation，法拉第旋轉）是電磁波穿過電離層時受到地磁場的影響，極化矢量方向發生偏轉的現象。研究表明，受到FR影響的L、P波段的星載全極化SAR數據無法直接應用于散射矩陣測量、植被參數反演等領域。日本L波段衛星ALOS?PALSAR數據中已經發現了FR的影響。

基于全極化SAR數據的FRA估計方法會受到系統通道間串擾、不平衡（包括相位不平衡和幅度不平衡）及加性噪聲的影響。通常，全極化系統串擾處于可忽略的水平；基于PCM（Polarimetric?Covariance?Matrix，極化協方差矩陣）的方法可以極大減小加性噪聲的影響；Jie?Chen提出的方法只是在幅度不平衡的影響下比較穩健。已有的上述兩類FRA估計方法受到系統相位不平衡影響較大。本發明提出一種FRA估計新方法。新方法基本不受系統相位不平衡的影響，性能更加穩健。

發明內容

本發明的目的是：提出一種新的FRA估計方法，應用于星載全極化SAR數據的FRA估計與校正。與現有方法相比，新方法基本不受系統相位不平衡的影響，性能更加穩健。

本發明技術方案的思路是：將星載全極化SAR散射矩陣測量值轉化為協方差矩陣測量值，根據PCM中FRA與PCM真值之間的關系，提出基于極化協方差數據的FRA估計方法。

本發明技術方案是：

已知星載全極化SAR散射矩陣的測量向量

M=[M_hh?M_hv?M_vh?M_vv]^T

上式中，上標T表示轉置操作。下標中兩個字母依次表示接收和發射天線的極化狀態，h表示水平極化，v表示垂直極化。如M_hv表示以垂直極化發射，水平極化接收得到的測量值。

第一步、獲取PCM

利用測量向量，可得其對應的PCM，為4×4矩陣C

C=<MM^H>

上式中，<·>表示窗口平均操作，窗口大小為1×1像素至10×10像素之間，最佳窗口大小取為5×5像素。M^H表示對向量M的共軛轉置操作。

第二步、構造FRA估計復數

利用矩陣C非對角線元素的實部及對角線元素構造與FRA相關的復數Z₁：

Z₁=(C₁₁-C₄₄)+jRe(C₁₃+C₂₄-C₁₂-C₃₄)

上式中，C_pq,p=1,2,3,4.q=1,2,3,4.表示矩陣C中第p行、第q列的元素。表示虛數單位。Re(·)表示取實部操作。

第三步、估計FRA

將復數Z₁角度的一半作為FRA的估計值

Ω^1=12arg(Z1)]]>

arg(·)表示取角度操作。

即本發明方法得到的FRA估計值。

采用本發明可取得以下技術效果：

本發明提出的FRA估計方法，可對星載全極化SAR數據中的FRA進行估計。與其他估計方法相比，其估計效果基本不受系統相位不平衡的影響，并且估計誤差不隨FRA真值變化。

附圖說明