雷达的极化相关方向图解译方法、装置、系统和介质制造方法及图纸

本申请涉及雷达的极化相关方向图解译方法、装置、系统和介质，方法包括：获取雷达数据目标像素的散射矩阵并得到散射矩阵的目标矩阵；对目标矩阵进行酉变换处理，利用酉变换后目标矩阵的元素得到三维极化相关值；根据三维极化相关值在三维坐标系中进行极化相关方向图可视化处理，生成雷达的三维极化相关方向图；三维极化相关方向图的三个坐标轴分别为三维极化相关值、三维极化相关值和雷达的极化椭圆率角；对三维极化相关方向图进行特征提取，得到用于定量化识别三维极化相关方向图对应散射机理的解译特征。有效实现了大幅提升目标散射机理解译的性能的目的。散射机理解译的性能的目的。散射机理解译的性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
雷达的极化相关方向图解译方法、装置、系统和介质


[0001]本申请涉及雷达信息
，特别是涉及一种雷达的极化相关方向图解译方法、装置、系统和介质。

技术介绍

[0002]极化雷达(可包括极化合成孔径雷达和极化逆合成孔径雷达等能够得到多极化数据的雷达体制)通过发射和接收一组正交极化电磁波，可以得到目标完整的极化散射矩阵，有利于散射机理的完整描述，为散射机理的准确解译提供了可能。目前，极化雷达已经得到越来越广泛的应用，成为地球遥感领域的主流传感器；通过对散射机理的解译，可以挖掘和提取极化散射矩阵中丰富的目标散射信息。
[0003]雷达目标的后向散射对目标姿态与雷达视线的相对几何关系比较敏感，其定义为散射的多样性，给雷达信息的解译带来了许多困难。同一目标的散射机理可与雷达视线位置存在明显差异、相应的定向角与极化方位角等价。目前对于雷达信息的解译已经提出了极化相关方向图解译工具。然而，在实现本专利技术过程中，专利技术人发现前述传统的极化相关方向图解译工具，存在着目标散射机理解译的性能较差的技术问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种雷达的极化相关方向图解译方法、一种雷达的极化相关方向图解译装置、一种雷达信息解译系统以及一种计算机可读存储介质，能够定量化解译目标的散射机理。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术实施例提供一种雷达的极化相关方向图解译方法，包括步骤：
[0007]获取雷达数据目标像素的散射矩阵并得到散射矩阵的目标矩阵；目标矩阵包括极化相干矩阵或极化协方差矩阵；
[0008]对目标矩阵进行酉变换处理，利用酉变换后目标矩阵的元素得到三维极化相关值；
[0009]根据三维极化相关值在三维坐标系中进行极化相关方向图可视化处理，生成雷达的三维极化相关方向图；三维极化相关方向图的三个坐标轴分别为三维极化相关值、三维极化相关值和雷达的极化椭圆率角；
[0010]对三维极化相关方向图进行特征提取，得到用于定量化识别三维极化相关方向图对应散射机理的解译特征；解译特征包括最大相关值、最小相关值、最大曲线曲率值、截面最大相关值、截面最小相关值、截面相关度、截面相关起伏度、相关差异度、归一化的相关差异度、截面相关对比度、截面相关反熵、最大高斯曲率值、最大平均曲率值和最大主曲率值中的一种或多种。
[0011]另一方面，还提供一种雷达的极化相关方向图解译装置，包括：
[0012]数据获取模块，用于获取雷达数据目标像素的散射矩阵并得到散射矩阵的目标矩
阵；目标矩阵包括极化相干矩阵或极化协方差矩阵；
[0013]酉变换模块，用于对目标矩阵进行酉变换处理，利用酉变换后目标矩阵的元素得到三维极化相关值；
[0014]三维可视模块，用于根据三维极化相关值在三维坐标系中进行极化相关方向图可视化处理，生成雷达的三维极化相关方向图；三维极化相关方向图的三个坐标轴分别为三维极化相关值、三维极化相关值和雷达的极化椭圆率角；
[0015]特征提取模块，用于对三维极化相关方向图进行特征提取，得到用于定量化识别三维极化相关方向图对应散射机理的解译特征；解译特征包括最大相关值、最小相关值、最大曲线曲率值、截面最大相关值、截面最小相关值、截面相关度、截面相关起伏度、相关差异度、归一化的相关差异度、截面相关对比度、截面相关反熵、最大高斯曲率值、最大平均曲率值和最大主曲率值中的一种或多种。
[0016]又一方面，还提供一种雷达信息解译系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现任一项的上述雷达的极化相关方向图解译方法的步骤。
[0017]再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现任一项的上述雷达的极化相关方向图解译方法的步骤。
[0018]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
[0019]上述雷达的极化相关方向图解译方法、装置、系统和介质，通过获取雷达数据目标像素的散射矩阵后，利用酉变换得到三维极化相关值，再将三维极化相关值显示在三维坐标系中，实现雷达的三维极化相关方向图构造与可视化，进而从三维极化相关方向图中进行特征提取，即可得到散射机理的解译特征，从而完成雷达的极化相关方向图的定量化高效解译，有效实现了大幅提升目标散射机理解译的性能的目的，也提高了雷达后续的目标检测和分类效率。
附图说明
[0020]图1为现有的极化相关方向图的可视化图形示意图；
[0021]图2为一个实施例中雷达的极化相关方向图解译方法的流程示意图；
[0022]图3为一个实施例中偶极子的3
‑
D PCP可视化图形示意图；其中，(a)为3
‑
D PCP可视化表征结果，(b)为不同PEA下的三维极化相关方向图的切面；
[0023]图4为一个实施例中四种典型散射体的3
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D PCP可视化图形示意图；其中，(a1)为三面角的3
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D PCP可视化表征结果，(b1)为三面角的3
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D PCP可视化表征结果，(c1)为三面角的3
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D PCP可视化表征结果，(a2)为二面角的3
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D PCP可视化表征结果，(b2)为二面角的3
‑
D PCP可视化表征结果，(c2)为二面角的3
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D PCP可视化表征结果，(a3)为偶极子的3
‑
D PCP可视化表征结果，(b3)为偶极子的3
‑
D PCP可
视化表征结果，(c3)为偶极子的3
‑
D PCP可视化表征结果，(a4)为螺旋体的3
‑
D PCP可视化表征结果，(b4)为螺旋体的3
‑
D PCP可视化表征结果，(c4)为螺旋体的3
‑
D PCP可视化表征结果；
[0024]图5为一个实施例中典型散射体的高斯曲率取值分布情况示意图；其中，(a)为三面角的高斯曲率取值分布情况，(b)为左螺旋的高斯曲率取值分布情况，(c)为二面角的高斯曲率取值分布情况，(d)为偶极子的高斯曲率取值分布情况；
[0025]图6为一个实施例中实测数据Pauli图；
[0026]图7为一个实施例中Radasat
‑
2数据选取像素点三维极化相关方向图的可视化图形示意图；
[0027]其中，(a1)为船只像素点的3
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D PCP的可视化表征结果，(b1)为船只像素点的3
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D PCP的可视化表征结果，(c1)为船只像素点的3
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D PCP的可视化表征结果，(a2)为海域像素点的3
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D PCP的可视化表征结果，(b2)为海域像素点的3
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D PCP的可视化表征本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达的极化相关方向图解译方法，其特征在于，包括步骤：获取雷达数据目标像素的散射矩阵并得到所述散射矩阵的目标矩阵；所述目标矩阵包括极化相干矩阵或极化协方差矩阵；对所述目标矩阵进行酉变换处理，利用酉变换后所述目标矩阵的元素得到三维极化相关值；根据所述三维极化相关值在三维坐标系中进行极化相关方向图可视化处理，生成所述雷达的三维极化相关方向图；所述三维极化相关方向图的三个坐标轴分别为所述三维极化相关值、所述三维极化相关值和所述雷达的极化椭圆率角；对所述三维极化相关方向图进行特征提取，得到用于定量化识别所述三维极化相关方向图对应散射机理的解译特征；所述解译特征包括最大相关值、最小相关值、最大曲线曲率值、截面最大相关值、截面最小相关值、截面相关度、截面相关起伏度、相关差异度、归一化的相关差异度、截面相关对比度、截面相关反熵、最大高斯曲率值、最大平均曲率值和最大主曲率值中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的雷达的极化相关方向图解译方法，其特征在于，当所述目标矩阵为极化相干矩阵时，对所述极化相干矩阵进行酉变换处理的过程，通过如下转换方式实现：T(θ，τ)＝U
3p
(θ，τ)TU
3p
(θ，τ)
H
其中，酉变换公式为：U
3p
(θ，τ)＝U
3p
(τ)U
3p
(θ)其中，T(θ，τ)表示酉变换后的所述极化相干矩阵，U
3p
(θ，τ)表示酉变换矩阵，T表示酉变换前的所述极化相干矩阵，θ表示极化方位角，τ表示所述极化椭圆率角，右上角标H表示共轭转置，U
3p
(τ)表示包含极化椭圆率角的酉矩阵，U
3p
(θ)表示包含极化方位角的酉矩阵。3.根据权利要求1所述的雷达的极化相关方向图解译方法，其特征在于，当所述目标矩阵为极化协方差矩阵时，对所述极化协方差矩阵进行酉变换处理的过程，通过如下转换方式实现：C(θ，τ)＝U
T
‑
C
T(θ，τ)U
‑
1T
‑
C
其中，其中，C(θ，τ)表示酉变换后的所述极化协方差矩阵，U
T
‑
C
表示特殊酉矩阵，T(θ，τ)表示酉变换后的所述极化相干矩阵，θ表示极化方位角，τ表示所述极化椭圆率角。4.根据权利要求2或3所述的雷达的极化相关方向图解译方法，其特征在于，所述三维极化相关方向图为且其中，s1和s2为Pauli矢量和Lexicographic矢量中的任一元素；
所述三维极化相关方向图包括第一三维极化相关方向图、第二三维极化相关方向图和第三三维极化相关方向图；所述第一三维极化相关方向图为所述第一三维极化相关方向图为所述第二三维极化相关方向图为所述第二三维极化相关方向图为所述第三三维极化相关方向图为所述第三三维极化相关方向图为其中，θ表示极化方位角，τ表示所述极化椭圆率角，s
HH
(θ，τ)表示水平发射和水平接收的极化通道的散射矩阵元素，表示垂直发射和水平接收的极化通道的散射矩阵元素s
HV
(θ，τ)的共轭，表示垂直发射和垂直接收的极化通道的散射矩阵元素s
VV
(θ，τ)的共轭，s
HH+VV
(θ，τ)表示水平发射和水平接收的极化通道与垂直发射和垂直接收的极化通道的散射矩阵元素的和，s
HH
‑
VV
(θ，τ)表示水平发射和水平接收的极化通道与垂直发射和垂直接收的极化通道的散射矩阵元素的差，表示s
HH
‑
VV
(θ，τ)的共轭。5.根据权利要求1所述的雷达的极化相关方向图解译方法，其特征在于，所述最大高斯曲率值的提取过程为：计算所述三维极化相关值关于极化方位角和极化椭圆率角的参数空间下的高斯曲率值；提取高斯曲率值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思伟，李铭典，吴国庆，肖顺平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：