基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方法及系统，其中，所述方法包括：所述方法包括：从发射天线发射给地物目标的发射信号中获取发射天线的斯托克司Ｓｔｏｋｅｓ矢量；从接收天线收到所述地物目标的反馈信号中获取接收天线的Ｓｔｏｋｅｓ矢量；从所述接收天线获取根据所述地物目标的反馈信号生成的所述地物目标的Ｓｔｏｋｅｓ矩阵；根据所述发射天线的Ｓｔｏｋｅｓ矢量、接收天线的Ｓｔｏｋｅｓ矢量和地物目标的Ｓｔｏｋｅｓ矩阵生成所述地物目标接收功率。与现有技术相比，本发明专利技术上述实施例对地物目标的最优接收功率生成具有极高的精度，而且大幅降低计算时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成孔径雷达，尤其涉及基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方法及系统。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是20世纪50年代发展起来的最重要的对地观测技术，它通过雷达天线在随载体的运动中以一定的时间间隔发射电磁脉冲信号，在不同位置上接收地面物体反射的回波信号，并记录和存储下来，形成地面的高分辨率图像。极化是电磁波的基本特征。极化合成孔径雷达(Polarimetric SAR)通过天线发射不同极化状态的电磁脉冲，如水平极化波和垂直极化波(常用H和V表示)，然后又以不同的极化状态接收地面物体反射的回波，从而得到地物目标在不同发射和接收极化组合下的散射特性，极大增强了对地物目标进行分类和识别的能力。自2006年以后发射的所有新一代卫星合成孔径雷达系统，包括ALOS PALSAR ， TerraSAR ，Cosmo-SkyMed， Radarsat-2，都具有多极化或全极化成像能力。因此，关于SAR极化信息的分析和理解是目前合成孔径雷达遥感领域的研究重点。全极化SAR影像记录了地面每个分辨单元在四种基本极化状态，即HH、HV、 VH、 VV (HH表示水平发射/水平接收状态，其它类推)的散射回波的幅度(功率)和相位，形成一个散射矩阵。水平和垂直极化是全部极化状态(可以用极化椭圆的方位角和椭率角表示)中互相正交的线极化状态，通过散射矩阵，可以合成地物目标在任意接收和发射极化状态下的功率和相位，这即是极化合成技术。对于任一目标， 一定存在某个特定的发射/接收极化状态，使得在此状态下，目标的回波具有最大(或最小)的接收功率。这个问 题可称之为目标的最优接收功率问题。目标的最优接收功率和目标的后向散 射特性密切相关，因此可以作为表征目标类型的基本参数，对于目标的识别和分类具有重要意义。例如，在L波段SAR影像上， 一些浅水区在HH或 VV极化影像上可能表现较亮(有较大的接收功率)，与裸土或者某些植被难 以区分，再通过比较最小接收功率，水体因其最小接收功率远低于其它地物 而能明显区分。美国麻省理工学院林肯实验室(LincolnLaboratory)利用极化 合成技术和目标最优接收功率开发了基于全极化SAR影像的自动目标识别系 统，用于快速发现导弹发射系统等军事目标。关于地物目标的最优接收功率问题，最直接的解法是四维空间搜索法， 也叫系统搜索法，其原理是在表征发射和接收极化状态的极化椭圆方位角和 椭率角的取值区间内，以一定的采样间隔遍历每种可能的发射和接收极化状 态，计算相应的接收功率，比较得出其中的最大值和最小值。这种方法需要 非常巨大的计算量，显然不能满足灾害搜救或战场侦查等需要实时处理的应 用需要。另一种方法是由Boemer等于1993年提出的，其基本原理是计算目 标的极化功率散射矩阵的特征值，并形成复的交义极化比，在此基础上构造 一个初始的发射极化斯托克司(Stokes)矢量，并开始迭代计算最大接收功率。 这种方法经Schuler等人在1995年进一步完善后被广泛使用(本文下称Schuler 方法)。目前欧空局开发的极化SAR专业处理软件即采用的Schuler方法。 与系统搜索法相比，Schuler方法所要求的计算时间少很多，但只能计算最大 接收功率，这也是此方法的一个关键不足。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了解决地物目标的最优接收功率的快速求解问题。一方面，本专利技术实施例提供了一种基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方法，所述方法包括从发射天线发射给地物目标的发射信号中获取 发射天线的斯托克司Stokes矢量；从接收天线收到地物目标的反馈信号中获 取接收天线的Stokes矢量；从接收天线获取根据地物目标的反馈信号生成的 地物目标的Stokes矩阵；根据发射天线的Stokes矢量、接收天线的Stokes矢 量和地物目标的Stokes矩阵生成地物目标接收功率。另一方面，本专利技术实施例提供了一种基于合成孔径雷达的地物目标接收 功率生成装置，所述装置包括参数收集单元，用于从发射天线发射给地物 目标的发射信号中获取发射天线的斯托克司Stokes矢量；从接收天线收到地 物目标的反馈信号中获取接收天线的Stokes矢量；从接收天线获取根据地物 目标的反馈信号生成的地物目标的Stokes矩阵；接收功率生成单元，用于根 据发射天线的Stokes矢量、接收天线的Stokes矢量和地物目标的Stokes矩阵 生成地物目标接收功率。再一方面，本专利技术实施例提供了一种基于合成孔径雷达的地物目标接收 功率生成系统，所述系统包括发射天线，用于发射信号给地物目标，从发 射信号中获取发射天线的Stokes矢量；接收天线，用于接收地物目标的反馈 信号，从收到的反馈信号屮获取接收天线的Stokes矢量，并根据地物目标的 反馈信号生成的地物目标的Stokes矩阵；接收功率生成装置，用于获取发射 天线的Stokes矢量、接收天线的Stokes矢量、地物目标的Stokes矩阵，然后 根据发射天线的Stokes矢量、接收天线的Stokes矢量和地物目标的Stokes矩 阵生成地物目标接收功率。与现有技术相比，本专利技术上述实施例对地物目标的最优接收功率生成具 有极高的精度，而且大幅降低计算时间。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面7描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一种基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方 法流程图2是本专利技术实施例一种基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成装 置方框结构图3是本专利技术实施例一种基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成系 统方框结构图4是某地区L波段全极化SAR振幅影像。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图i所示，是本专利技术实施例一种基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方法流程图，所述方法包括歩骤101，从发射天线发射给地物目标的发射信号中获取发射天线的斯托克司Stokes矢量。歩骤102，从接收天线收到地物目标的反馈信号中获取接收天线的Stokes步骤103，从接收天线获取根据地物目标的反馈信号生成的地物目标的 Stokes矩阵。步骤104，根据发射天线的Stokes矢量、接收天线的Stokes矢量和地物 目标的Stokes矩阵生成地物目标接收功率。可选的，可以基于所述发射天线的Stokes矢量、接收天线的Stokes矢量 和地物目标的Stokes矩阵三者乘积的一半，利用柯西不等式，对于所述发射 天线的Stokes矢量/接收天线的Stokes矢量，确定与之匹配的使所述地物目标 接收功率极大/极小化的接收天线Stokes矢量或发射天线Stokes矢量，进行交 叉迭代，产生所述地物目标的局部最大/最小接收功率。可以分别以水平极化 的Stokes矢量以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于合成孔径雷达的地物目标接收功率生成方法，其特征在于，所述方法包括：　从发射天线发射给地物目标的发射信号中获取发射天线的斯托克司Ｓｔｏｋｅｓ矢量；　从接收天线收到所述地物目标的反馈信号中获取接收天线的Ｓｔｏｋｅｓ矢量；　 　从所述接收天线获取根据所述地物目标的反馈信号生成的所述地物目标的Ｓｔｏｋｅｓ矩阵；　根据所述发射天线的Ｓｔｏｋｅｓ矢量、接收天线的Ｓｔｏｋｅｓ矢量和地物目标的Ｓｔｏｋｅｓ矩阵生成所述地物目标接收功率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余海昆，张永红，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]