一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法技术

本发明专利技术提供了一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法，该非相干分解方法借助没有参数增殖的Paladini的乘性分解形式，将参数物理意义明确的Touzi分解推广成乘性分解，从而提供一种没有参数增殖的、物理意义明确的乘性分解形式，克服了Paladini分解中某些参数物理意义不明确的缺点，同时也克服了Touzi分解参数增殖的缺点，实现了信息无丢失且没有参数增殖的目标分解，分解过程没有参数增殖及信息丢失，分解参数物理意义明确。

【技术实现步骤摘要】
一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法
本专利技术涉及全极化合成孔径雷达极化信息处理的目标分解领域，特别涉及一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法。
技术介绍
在微波遥感领域，全极化合成孔径雷达发挥着重要的作用。它可以获得目标全面的极化信息。极化数据的常用存储形式是3×3的相干T矩阵(CoherencyMatrix)或4×4的米勒矩阵(MuellerMatrix)。众所周知，目标分解是解读这些数据的最常用和最重要的方法(参见S.R.CloudeandE.Pottier,“Areviewoftargetdecompositiontheoremsinradarpolarimetry,”IEEETrans.Geosci.RemoteSensing,vol.34,pp.498-518,Mar.1996.)。最先建立目标分解概念和理论的是Huynen，他用九个自由度来全面描述分布目标，每个自由度有明确的物理意义，发展出了雷达目标的“现象学”理论。由于Huynen的“现象学”理论无法定量的描述目标，以及其目标分解理论在形式上不唯一，Cloude提出了基于特征值分解的目标分解理论。基于特征分解的目标分解理论，在形式上是唯一的，保证了分解的唯一性。为了定量化的描述目标，Cloude和Pottier提出了用α-β模型对特征分解的三个特征矢量参数化，由此发展出了Cloude非相干分解。但是，这种非相干分解产生了15个参数，造成了严重的参数增殖。另外，α-β参数模型的缺点是参数的物理意义不明确。对此，Touzi提出了参数物理意义更加明确的TSVM散射矢量模型，并且除了取向角其余参数都是旋转不变的，并由此发展出了Touzi非相干分解(参见R.Touzi,“Targetscatteringdecompositionintermsofroll-invarianttargetparameters,”IEEETrans.Geosci.RemoteSens.,vol.45,no.1,pp.73-84,Jan.2007.)，但是该非相干分解的缺点亦是造成了严重的参数增殖。为了提出一种没有参数增殖、参数物理意义明确的目标分解，Paladini等人进行了类似的尝试，提出了一种没有参数增殖的乘性非相干分解，而且该分解的参数除了取向角都是旋转不变的(参见Paladini,L.R.Ferro-Famil,E.Pottier,M.Martorella,F.Berizzi,andE.DalleMese,“Losslessandsufficientorientationinvariantdecompositionofrandomreciprocaltarget,”IEEETrans.Geosci.RemoteSens.,vol.50,no.9,pp.3487-3501,Sep.2012.)。但是，Paladini非相干分解的缺点是某些参数的物理意义仍尚未明确。Paladini分解对基于圆极化基下的相干G矩阵进行非相干分解，分解参数中的某些参数物理意义并不明确，例如表示主散射体螺旋度的βC，当散射类型α＝0时，该参数失去意义，不得不引入一个辅助的混合参数来描述主散射体的螺旋度；另外，表示次散射矢量的两个自由度的物理意义Paladini也没有探究清楚。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的全极化合成孔径雷达目标分解方法存在着严重的参数增殖、某些参数的物理意义不明确的技术问题，本专利技术提出一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法，该目标非相干分解方法克服了Paladini分解中某些参数物理意义不明确的缺点，也克服了Touzi分解出现参数增殖的缺点。具体步骤如下：步骤1)读入全极化合成孔径雷达的极化数据，得到目标的相干T矩阵；步骤2)对目标的相干T矩阵进行特征分解，得到三个特征值和三个散射矢量，特征分解得到的相干T矩阵表示为：T＝UΛU-1其中，Λ＝diag(λ1,λ2,λ3)表示三个特征值λ1,λ2,λ3组成的矩阵，U＝[u1,u2,u3]表示三个散射矢量u1,u2,u3组成的矩阵，λ1＞λ2＞λ3；步骤3)根据步骤2)中的三个特征值利用下述公式计算得到三个参数，分别是总功率SPAN，散射熵H和各向异性A：SPAN＝λ1+λ2+λ3其中步骤4)：对主散射矢量u1采用Touzi的散射矢量模型TSVM进行建模，得到模型：其中，主散射矢量u1由四个参数表示，分别是主散射矢量的取向角ψ，螺旋角τ，散射类型幅值αS，散射类型相位ΦαS；其中，散射类型相位ΦαS是一个具有物理意义的重要参数，已被证明在舰船识别、湿地监测方面有着重要应用；步骤5)：去掉特征矩阵U中主散射矢量u1的四个自由度，以求得次散射矢量u2、u3的两个自由度，表达式为：其中，次散射矢量u2、u3由两个参数表示，分别是主散射矢量u1和散射矢量u2之间的相对螺旋角Γ，主散射矢量u1和散射矢量u2之间的相对取向角上述两个参数均是目标的去极化参数，描述目标的去极化信息；我们通过思考Ainsworthetal对圆极化基下特征矢量自由度的全面分析(参见T.L.Ainsworth,S.R.Cloude,andJ.S.Lee,“EigenvectoranalysisofpolarimetricSARdata,”inProc.IEEEInt.Geosci.RemoteSens.Symp,vol.1.Nov.2002,pp.626-628.)，明确了本专利技术次散射矢量u2,u3的两个自由度的物理意义。最终的分解形式为：T＝UΛU-1至此，将拥有九个自由度的相干T矩阵分解得到了九个参数，分别是总功率SPAN，散射熵H，各向异性A，主散射矢量的取向角ψ、螺旋角τ、散射类型幅值αS、散射类型相位ΦαS，主散射矢量u1和散射矢量u2之间的相对螺旋角Γ，主散射矢量u1和散射矢量u2之间的相对取向角使得上述九个参数的物理意义非常明确。作为上述技术方案的进一步改进，所述的取向角ψ表示为：其中作为上述技术方案的进一步改进，所述的螺旋角τ表示为：其中，UDe-oriented＝SU(-ψ)U表示去掉取向角ψ后的特征矩阵，UDe-oriented(1,1)表示其第一行第一列的元素，UDe-oriented(3,1)表示该特征矩阵第三行第一列的元素。作为上述技术方案的进一步改进，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法，其特征在于，所述的目标非相干分解方法包括：步骤1)读入全极化合成孔径雷达的极化数据，得到目标的相干T矩阵；步骤2)对目标的相干T矩阵进行特征分解，得到三个特征值和三个散射矢量，特征分解得到的相干T矩阵表示为：T＝UΛU‑1其中，Λ＝diag(λ1,λ2,λ3)表示三个特征值λ1,λ2,λ3组成的矩阵，U＝[u1,u2,u3]表示三个散射矢量u1,u2,u3组成的矩阵，λ1＞λ2＞λ3；步骤3)根据步骤2)中的三个特征值利用下述公式计算得出三个参数，分别是总功率SPAN、散射熵H和各向异性A：SPAN＝λ1+λ2+λ3H=-Σi=1NPilogNPi,]]>其中Pi=λiλ1+λ2+λ3]]>A=λ2-λ3λ2+λ3;]]>步骤4)：对主散射矢量u1采用Touzi的散射矢量模型TSVM进行建模，得到模型：u1=1000cos(2ψ)-sin(2ψ)0sin(2ψ)cos(2ψ)cos(2τ)0-jsin(2τ)010-jsin(2τ)0cos(2τ)]]>cos(αs)-sin(αs)0sin(αs)cos(αs)00011000ejΦαS0001100=SU(ψ)SU(τ)SU(αs)SU(ΦαS)100]]>其中，ψ表示取向角，τ表示螺旋角，αS表示散射类型幅值，ΦαS表示散射类型相位，上述四个参数表示主散射矢量u1的四个自由度；步骤5)去掉特征矩阵U中主散射矢量u1的四个自由度，以求得次散射矢量u2、u3的两个自由度，表达式为：其中，Γ表示主散射矢量u1和次散射矢量u2之间的相对螺旋角，表示主散射矢量u1和次散射矢量u2之间的相对取向角，上述两个参数表示次散射矢量u2、u3的两个自由度；最终的分解形式为：T＝UΛU‑1...

【技术特征摘要】
1.一种全极化合成孔径雷达的目标非相干分解方法，其特征在于，所述的目标非相干分解方法包括：步骤1)读入全极化合成孔径雷达的极化数据，得到目标的相干T矩阵；步骤2)对目标的相干T矩阵进行特征分解，得到三个特征值和三个散射矢量，特征分解得到的相干T矩阵表示为：T＝UΛU-1其中，Λ＝diag(λ1,λ2,λ3)表示三个特征值λ1,λ2,λ3组成的矩阵，U＝[u1,u2,u3]表示三个散射矢量u1,u2,u3组成的矩阵，λ1＞λ2＞λ3；步骤3)根据步骤2)中的三个特征值利用下述公式计算得出三个参数，分别是总功率SPAN、散射熵H和各向异性A：SPAN＝λ1+λ2+λ3其中步骤4)：对主散射矢量u1采用Touzi的散射矢量模型TSVM进行建模，得到模型：其中，ψ表示取向角，τ表示螺旋角，αS表示散射类型幅值，ΦαS表示散射类型相位，上述四个参数表示主散射矢量u1的四个自由度；步骤5)去掉特征矩阵U中主散射矢量u1的四个自由度，以求得次散射矢量u2、u3的两个自由度，表达式为：其中，Γ表示主散射矢量u1和次散射矢量u2之间的相对螺旋角，表示主散射矢量u1和次散射矢量u2之间的相对取向角，上述两个参数表示次散射矢量u2、u3的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱飞亚，张云华，李东，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11