一種全極化雷達目標極化相干特征的可視化方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于雷達極化信息處理與應用技術領域，涉及一種全極化雷達目標極化相 干特征的可視化解譯方法。
【背景技術】
[0002] 全極化雷達通過收發(fā)一組極化狀態(tài)正交的電磁波，能夠獲得目標的全極化信息， 為目標散射機理解譯、特征參數(shù)反演、目標探測與識別等提供重要支撐。具備全極化測量能 力的雷達系統(tǒng)已在對地觀測、防空反導、氣象探測、海面監(jiān)測等諸多重要領域成為主流傳感 器，得到了廣泛應用。
[0003] 全極化雷達獲得的目標全極化信息可以由極化散射矩陣進行表征。不同極化通道 間的極化相干特征是一種常用的極化特征量，可應用于目標檢測與分類等領域。極化相干 特征十分敏感于目標姿態(tài)與雷達視線的相對幾何關系。對同一目標，當其相對于全極化雷 達視線的姿態(tài)不同時，其極化散射特性(如極化相干特征的取值)可以是顯著不同的。這種 現(xiàn)象給全極化雷達極化信息處理與應用造成諸多不便，是當前全極化雷達目標極化散射機 理精細解譯和定量應用面臨的技術瓶頸之一。如何有效挖掘和刻畫目標極化相干特征在繞 雷達視線旋轉域中的隱含信息并克服解譯模糊，成為提升目標散射機理解譯與應用性能的 關鍵。因此，發(fā)展全極化雷達目標極化相干特征的可視化方法及其參數(shù)化刻畫方法對雷達 目標散射機理解譯和應用都非常有價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為精細解譯目標在繞雷達視線旋轉域中的散射特性，提供一種全極化雷達 目標極化相干特征的可視化方法。本方法在旋轉域?qū)δ繕藰O化相干特征進行可視化處理和 參數(shù)化刻畫，可適用于多種用途(如對空監(jiān)視、對地觀測、氣象探測、海面監(jiān)視等）的全極化 雷達系統(tǒng)，并在空中目標分類識別、地物類別鑒別、損毀評估等領域具有應用價值。
[0005] 本發(fā)明的基本思路是：極化相干特征敏感于目標姿態(tài)與雷達視線的相對幾何關 系。同一目標在不同姿態(tài)條件下，其極化相干特征的取值可能會發(fā)生顯著變化。通過將獲取 的極化散射矩陣繞雷達視線進行旋轉處理，能夠改變目標姿態(tài)與雷達視線的相對幾何關 系。這樣，通過遍歷繞雷達視線旋轉域中的每一個旋轉角，能夠得到旋轉域中的極化相干特 征序列。對旋轉域中的極化相干特征序列進行可視化處理和參數(shù)化刻畫，可以完整地描述 目標極化相干特征在旋轉域中的特性，用于精細解譯目標在繞雷達視線旋轉域中的散射機 理，進而用于物理參數(shù)反演和目標分類識別等領域。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是:一種全極化雷達目標極化相干特征的可視化方法，具體包 括下述步驟：
[0007] 利用全極化雷達獲得的目標極化散射矩陣
作為本發(fā)明的輸入。X和 Y代表任意兩種不同的極化通道。其中，SXX為在X極化發(fā)射和X極化接收條件下獲取的復后向 散射系數(shù);Syx為在X極化發(fā)射和Y極化接收條件下獲取的復后向散射系數(shù);Sxy為在Y極化發(fā) 射和X極化接收條件下獲取的復后向散射系數(shù);SYY為在Υ極化發(fā)射和Υ極化接收條件下獲取 的復后向散射系數(shù)。
[0008] 第一步，極化散射矩陣繞雷達視線旋轉處理：
[0009] 在繞全極化雷達視線方向，對極化散射矩陣S進行旋轉處理，對旋轉域中的旋轉角 0，0￡[-3!， 31]，計算旋轉處理后的旋轉極化散射矩陣5(0)的表達式，為：
[0010]
[0011] 其中，旋轉矩陣
，上標T為轉置處理。
[0012] 旋轉極化散射矩陣s(0)各元素在旋轉域中的表達式為：
[0013] Sxx(9) = Sxxcos20+SxYC〇s0sin0+SYxcos0sin0+SYYsin29
[0014] Sxy(9) =-Sxxcos0sin0+SxYC〇s20-SYxsin20+SYYC〇s0sin9
[0015] Syx(9) =-Sxxcos0sin0-SxYsin20+SYxcos20+SYYC〇s0sin9
[0016] Syy(9) = Sxxsin20-SxYC〇s0sin0-SYxcos0sin0+SYYC〇s29
[0017] 第二步，計算旋轉域中的極化相干特征序列：
[0018] 將旋轉域中的旋轉角Θ進行離散化處理，得到離散化的旋轉角序列Θ,， € =〗= (λ ι，"·，._Μ，N的取值根據(jù)實際情況確定。對極化通道X和Y，計算旋轉角序列對 N 應的極化相干特征序列I γχ-γ(θ〇 I，為：
[0019]
[0020] 其中，〈·>為集合平均處理，| · |為取絕對值處理，上標*為共輒處理?？梢?< γχ-γ(θ?) | < L
[0021] 第三步，旋轉域中極化相干特征的可視化處理：
[0022] 將旋轉角序列Θ,和極化相干特征序列I γχ-Κθ,) |在極坐標系中進行表示，即得到 旋轉域中極化相干特征的可視化圖。
[0023 ]第四步，極化相干特征可視化圖的參數(shù)化刻畫：
[0024] 旋轉域中極化相干特征的可視化圖表征了全極化雷達目標在繞雷達視線旋轉域 中的散射特性。為便于利用該可視化圖，提取以下特征參數(shù)對其進行參數(shù)化刻畫：
[0025] 1.原始極化相干特征值| γ χ-υ |，為：
[0026] γχ-γ| = I γχ-γ(0)
[0027] 2.極化相干特征最大值I γ X-Y I max，為：
[0028] I γ X-Y |max=max{ I γ X-Υ(θ?) I }
[0029] 3.極化相干特征最小值|^|*，為：
[0030] I γ χ-γ |min=min{ I γ x-γ(θ〇 I}
[0031 ] 4 ·極化相干度 I γ χ-υ I mean，為：
[0032] I γ χ-γ |mean=mean{ I γ χ-γ(θ?) I }
[0033] 5.極化相干起伏度I γχ-Y|std，為：
[0034] γ χ-γ I Std = std{ I γχ-γ(θ?) I }
[0035] 6 ·極化相干對比度I γ X-YImax-min，為：
[0036] y X-Y I max-min= | Y X-Y | max- | Y X-Y | min
[0037] 7.最大化旋轉角0Y_max，為：
[0038]
[0039] 8.最小化旋轉角0Y_min，為：
[0040]
[00411 9.極化相干寬度BWa，為：
[0042] ，其中 | γ X-Υ(θ〃）| = | γ X-Υ(θ') | =α · γ χ-γ|臟目.θ〃 >θ'
[0043]其中，max{ · }為求序列的最大值;min{ · }為求序列的最小值;mean{ · }為求序列 的均值;std{ ·}為求序列的標準差;α為調(diào)節(jié)因子，根據(jù)實際情況確定，通常取α = 0.95。
[0044] 結合可視化圖和上述刻畫參數(shù)，就得到了雷達目標極化相干特征的可視化方法， 為目標分類識別等應用提供支撐。
[0045] 用本發(fā)明可取得以下技術效果：
[0046] 本發(fā)明所述的雷達目標極化相干特征的可視化方法，能夠可視化和參數(shù)化刻畫目 標在繞雷達視線旋轉域中的散射特性，并通過提取可視化圖的特征參數(shù)為后續(xù)的目標分類 識別、損毀評估等應用服務。本發(fā)明實現(xiàn)簡單，實施起來也非常方便，可直接應用于具有不 同用途的全極化雷達系統(tǒng)獲得的目標極化散射矩陣數(shù)據(jù)。本發(fā)明對于對空監(jiān)視、對地觀測、 氣象探測、海面監(jiān)視、減災防災等應用領域都有著重要的參考價值。
【附圖說明】
[0047]圖1本發(fā)明的實