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一種星載π/4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法

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一種星載π/4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種星載31 /4模式簡(jiǎn)縮極化合成孔徑雷達(dá)(SAR)相位重構(gòu)方法,屬于 信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái),隨著TerraSAR-X、Radarsat-2以及AL0S-2等全極化SAR衛(wèi)星相繼發(fā)射升 空并廣泛應(yīng)用于地質(zhì)測(cè)繪、海洋觀測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及資源勘查等諸多方面,針對(duì)全極化SAR 的研究與應(yīng)用逐漸受到世界各國(guó)的重視。
[0003] 相比較單極化SAR,全極化SAR能夠獲取不同極化通道的目標(biāo)信號(hào),從而得到地物 的極化散射信息,而該信息正是反演地表目標(biāo)在不同極化條件下特性的重要參考依據(jù)。但 是,由于脈沖重復(fù)頻率加倍,全極化SAR的觀測(cè)帶寬度較窄。針對(duì)該問(wèn)題,近年來(lái)國(guó)外學(xué)者 提出了簡(jiǎn)縮極化SAR工作模式。簡(jiǎn)縮極化SAR工作模式能夠利用回波數(shù)據(jù),通過(guò)重構(gòu)反演 得到全極化模式各極化通道的功率信息,從而很好地保留地物目標(biāo)的極化散射信息。在該 模式下,雷達(dá)只需要發(fā)射一種極化方式的信號(hào),而不需要交替發(fā)射不同極化信號(hào),從而獲得 與單極化SAR相同的觀測(cè)帶寬。
[0004] π/4模式作為簡(jiǎn)縮極化SAR的一種工作模式,其發(fā)射45°線(xiàn)極化信號(hào),分別接收 水平和垂直線(xiàn)極化信號(hào)?,F(xiàn)有的重構(gòu)算法只能根據(jù)接收的兩通道信號(hào)重構(gòu)出等效的全極化 模式各極化通道的功率信息,而不能重構(gòu)出通道的相位信息。而各極化通道的相位值正是 SAR干涉測(cè)量、極化干涉測(cè)量等應(yīng)用的必需信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,該方法基于π /4模 式下獲取的水平和垂直極化通道數(shù)據(jù),通過(guò)一系列信號(hào)處理過(guò)程,重構(gòu)得到全極化模式下 各極化通道的相位值,是一種適用于星載/4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)的新方法。
[0006] -種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,包括以下幾個(gè)步驟:
[0007] 步驟一:獲取簡(jiǎn)縮極化協(xié)方差矩陣;
[0008] 步驟二:設(shè)定交叉極化項(xiàng)初值以及相關(guān)系數(shù)初值;
[0009] 步驟三:迭代計(jì)算獲取交叉極化項(xiàng)及相關(guān)系數(shù);
[0010] 步驟四:獲取重構(gòu)全極化協(xié)方差矩陣;
[0011] 步驟五:獲取水平發(fā)射水平接收通道與垂直發(fā)射垂直接收通道信號(hào)的相位差;
[0012] 步驟六:解方程獲取各極化通道信號(hào)的相位值。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014] (1)本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,該方法具有處理 流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。在獲取各極化通道相位值時(shí),步驟簡(jiǎn)單易行。
[0015] (2)本發(fā)明提出一種星載31 /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,該方法具有實(shí)用 性強(qiáng)的特點(diǎn)。該方法直接采用簡(jiǎn)縮極化SAR回波各極化通道數(shù)據(jù)重構(gòu)得到相應(yīng)相位信息, 基于雷達(dá)數(shù)據(jù)本身完成重構(gòu),無(wú)需借助地物目標(biāo)散射特性等先驗(yàn)信息,故不受探測(cè)目標(biāo)所 處環(huán)境或其他條件影響。
[0016] (3)本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,該方法對(duì)π /4模 式下的星載簡(jiǎn)縮極化SAR數(shù)據(jù)處理具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。在現(xiàn)有簡(jiǎn)縮極化SAR功率信 息重構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了相位信息重構(gòu)方法,為簡(jiǎn)縮極化SAR工作模式下干涉測(cè)量以及極 化干涉測(cè)量提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明提出的一種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法的方法流程 圖;
[0018] 圖2是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射水平極化接收水平極化通道 信號(hào)顯示結(jié)果;
[0019] 圖3是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射垂直極化接收水平極化通道 信號(hào)顯示結(jié)果;
[0020] 圖4是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射水平極化接收垂直極化通道 信號(hào)顯示結(jié)果;
[0021] 圖5是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射垂直極化接收垂直極化通道 信號(hào)顯示結(jié)果;
[0022] 圖6所示為發(fā)射水平極化接收水平極化通道信號(hào)的相位值散點(diǎn)圖;
[0023] 圖7所示為發(fā)射垂直極化接收水平極化通道信號(hào)的相位值散點(diǎn)圖;
[0024] 圖8所示為發(fā)射水平極化接收垂直極化通道信號(hào)的相位值散點(diǎn)圖;
[0025] 圖9所示為發(fā)射垂直極化接收垂直極化通道信號(hào)的相位值散點(diǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,該方法基于星載π /4 模式簡(jiǎn)縮極化SAR后向散射矩陣投影矢量模型,如式(1)所示:
[0028]
(1)
[0029] 式中,Shh表示散射矩陣中發(fā)射水平極化接收水平極化分量,S HV表示散射矩陣中發(fā) 射垂直極化接收水平極化分量,Svh表示散射矩陣中發(fā)射水平極化接收垂直極化分量,S vv表 示散射矩陣中發(fā)射垂直極化接收垂直極化分量。SHH,SHV,S VH,Svv即為四個(gè)極化通道的復(fù)數(shù) 圖像。[x]T表示對(duì)矩陣[X]做轉(zhuǎn)置運(yùn)算。
[0030] 本發(fā)明是一種星載π /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR相位重構(gòu)方法,方法流程圖如圖1所 示,具體包括以下幾個(gè)步驟:
[0031] 步驟一:獲取簡(jiǎn)縮極化協(xié)方差矩陣;
[0032] 設(shè)SHH,SHV,SVH,S vv四個(gè)極化通道的圖像大小均為NaR N ^列,由式⑴所示的π/4 模式簡(jiǎn)縮極化SAR后向散射矩陣投影矢量,對(duì)圖像中第(i,j)個(gè)像素,其中I < i <Na, 1彡j彡隊(duì),根據(jù)式⑵計(jì)算簡(jiǎn)縮極化協(xié)方差矩陣踡為:
[0033]

[0034] 式中,,表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第(i,j)個(gè)像素的后向散射矩陣投影矢量,礦表示對(duì) η /4模式簡(jiǎn)縮極化SAR后向散射矩陣投影矢量I取共輒轉(zhuǎn)置計(jì)算所得矢量,表示圖像 復(fù)數(shù)據(jù)中第(i,j)個(gè)像素的后向散射矩陣投影矢量的共輒轉(zhuǎn)置,<x>表示對(duì)X采用窗口大 小為(2M+1)行(2N+1)列的窗函數(shù)進(jìn)行空域均值處理,即以X所在坐標(biāo)(i,j)為中心,求周 圍第i-Μ行到i+M行,第j-N列到j(luò)+N列內(nèi)的所有分量均值作為X值,需要注意的是,對(duì)于 靠近圖像邊緣的像素點(diǎn),會(huì)存在均值處理窗口超出圖像邊界的情況,即i-M < 0, j-N < 0, i+M多Na,j+N多隊(duì),此時(shí),該像素點(diǎn)不做空域均值處理直接以計(jì)算出x值作為該像素點(diǎn)值, ^11表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第(i,j)個(gè)像素的簡(jiǎn)縮極化協(xié)方差矩陣中(1,1)項(xiàng),€12表示圖像 復(fù)數(shù)據(jù)中第(i,j)個(gè)像素的簡(jiǎn)縮極化協(xié)方差矩陣中(1,2)項(xiàng),表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第(i, j)個(gè)像素的簡(jiǎn)縮極化協(xié)方差矩陣中(2, 1)項(xiàng),表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第(i,j)個(gè)像素的簡(jiǎn) 縮極化協(xié)方差矩陣中(2, 2)項(xiàng)。
[0035] 步驟二:設(shè)定交叉極化項(xiàng)初值及相關(guān)系數(shù)初值;
[0036] 由于重構(gòu)計(jì)算中需要采用迭代運(yùn)算,因此需要對(duì)迭代變量交叉極化項(xiàng)以及相關(guān)系 數(shù)設(shè)定初值,對(duì)圖像中第(i,j)個(gè)像素,根據(jù)式(3)計(jì)算交叉極化項(xiàng)初值與相關(guān)系數(shù)初 值 < 為:
[0037]
(3)
[0038] 式中,j表示虛數(shù)單位,即/ = A #
[0039] 步驟三:迭代計(jì)算交叉極化項(xiàng)及相關(guān)系數(shù);
[0040] 設(shè)定迭代計(jì)算次數(shù)T,對(duì)圖像中第(i,j)個(gè)像素,根據(jù)式(4)迭代計(jì)算得到交叉極 化項(xiàng)X 1 ]及相關(guān)系數(shù)r 1]如式⑷所示:
[0041 ]
(4):
[0042] 式中,X1]表示圖像中第(i,j)個(gè)像素經(jīng)過(guò)T次迭代運(yùn)算所得的交叉極化項(xiàng),夂1, 表示圖像中第(i,j)個(gè)像素迭代計(jì)算第T-I次后所得交叉極化項(xiàng),r1]表示圖像中第
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