專利名稱：星載全極化sar數(shù)據(jù)中的fra估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天和微波遙感的交叉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種星載全極化SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達(dá))數(shù)據(jù)中的電離層 FRA (Faraday RotationAngle，法拉第旋轉(zhuǎn)角)的估計(jì)方法。其優(yōu)點(diǎn)是在系統(tǒng)存在相位不平衡誤差的情況下，仍能準(zhǔn)確估計(jì)FRA，且性能穩(wěn)健。
背景技術(shù)：
全極化是星載SAR發(fā)展的重要方向之一，星載全極化SAR在植被測量、生物量反演等領(lǐng)域具有重要意義。FR (Faraday Rotation,法拉第旋轉(zhuǎn))是電磁波穿過電離層時(shí)受到地磁場的影響，極化矢量方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。研究表明，受到FR影響的L、P波段的星載全極化SAR數(shù)據(jù)無法直接應(yīng)用于散射矩陣測量、植被參數(shù)反演等領(lǐng)域。日本L波段衛(wèi)星ALOSPALSAR數(shù)據(jù)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 FR的影響?；谌珮O化SAR數(shù)據(jù)的FRA估計(jì)方法會(huì)受到系統(tǒng)通道間串?dāng)_、不平衡(包括相位不平衡和幅度不平衡)及加性噪聲的影響。通常，全極化系統(tǒng)串?dāng)_處于可忽略的水平；基于PCM(Polarimetric Covariance Matrix,極化協(xié)方差矩陣)的方法可以極大減小加性噪聲的影響Jie Chen提出的方法只是在幅度不平衡的影響下比較穩(wěn)健。已有的上述兩類FRA估計(jì)方法受到系統(tǒng)相位不平衡影響較大。本發(fā)明提出一種FRA估計(jì)新方法。新方法基本不受系統(tǒng)相位不平衡的影響，性能更加穩(wěn)健。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:提出一種新的FRA估計(jì)方法，應(yīng)用于星載全極化SAR數(shù)據(jù)的FRA估計(jì)與校正。與現(xiàn)有方法相比，新方法基本不受系統(tǒng)相位不平衡的影響，性能更加穩(wěn)健。本發(fā)明技術(shù)方案的思路是:將星載全極化SAR散射矩陣測量值轉(zhuǎn)化為協(xié)方差矩陣測量值，根據(jù)PCM中FRA與PCM真值之間的關(guān)系，提出基于極化協(xié)方差數(shù)據(jù)的FRA估計(jì)方法。本發(fā)明技術(shù)方案是:已知星載全極化SAR散射矩陣的測量向量M= [Mhh Mhv Mvh MvJt上式中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置操作。下標(biāo)中兩個(gè)字母依次表示接收和發(fā)射天線的極化狀態(tài)，h表示水平極化，V表示垂直極化。如Mhv表示以垂直極化發(fā)射，水平極化接收得到的
測量值。第一步、獲取PCM利用測量向量，可得其對(duì)應(yīng)的PCM，為4X4矩陣CC=<MMh>上式中，〈.>表示窗口平均操作，窗口大小為1X1像素至IOX 10像素之間，最佳窗口大小取為5X5像素。Mh表示對(duì)向量M的共軛轉(zhuǎn)置操作。第二步、構(gòu)造FRA估計(jì)復(fù)數(shù)
利用矩陣C非對(duì)角線元素的實(shí)部及對(duì)角線元素構(gòu)造與FRA相關(guān)的復(fù)數(shù)Z1:Z1= (C11-C44) + jRe (C13+C24-C12_C34)iS*，CM，p=l，2，3，4.q=l，2，3，4.表示矩陣 C 中第 p 行、第 q 列的元素。
權(quán)利要求
1.一種星載全極化合成孔徑雷達(dá)SAR數(shù)據(jù)中的法拉第旋轉(zhuǎn)角FRA估計(jì)方法，其特征在于，包括下述步驟: 已知星載全極化SAR散射矩陣的測量向量M:M=LMhh Mhv Mvh MvJt 上式中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置操作；下標(biāo)中兩個(gè)字母依次表示接收和發(fā)射天線的極化狀態(tài)，h表示水平極化，V表示垂直極化； 第一步、獲取PCM: 利用下式得到極化協(xié)方差矩陣PCM為4X4矩陣C: c=<mmh> 上式中，〈.>表示窗口平均操作，窗口大小為1X1像素 IOX 10像素，根據(jù)實(shí)際需求確定；MH表示對(duì)向量M的共軛轉(zhuǎn)置操作； 第二步、構(gòu)造FRA估計(jì)復(fù)數(shù) 利用下式構(gòu)造與FRA相關(guān)的復(fù)數(shù)Z1: Z1= (C11-C44) +jRe (C13+C24-C12-C34) 上式中，Cm表示矩陣C中第P行、第q列的元素，p=l，2，3, 4 ；q=l,2, 3，4 ;j.= 表示虛數(shù)單位；Re(.)表示取實(shí)部操作； 第三步、估計(jì)FRA 則FRA的估計(jì)值 Ω, =^arg(Z1) arg(.)表示取角度操作。
全文摘要
本發(fā)明提出一種星載全極化SAR數(shù)據(jù)中的FRA估計(jì)方法。技術(shù)方案包括以星載全極化SAR散射矩陣的測量向量為輸入，第一步、獲取PCM根據(jù)散射矩陣的測量向量得到其對(duì)應(yīng)的PCM；第二步、構(gòu)造FRA估計(jì)復(fù)數(shù)利用測量向量對(duì)應(yīng)的PCM非對(duì)角線元素的實(shí)部及對(duì)角線元素構(gòu)造與FRA相關(guān)的復(fù)數(shù)。第三步、估計(jì)FRA通過對(duì)第二步構(gòu)造出的復(fù)數(shù)進(jìn)行取角度及減半操作，完成FRA估計(jì)。本發(fā)明基本不受系統(tǒng)相位不平衡的影響，性能更加穩(wěn)健。
文檔編號(hào)G01S7/02GK103197286SQ20131010892
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者張永勝, 李力, 董臻, 黃海風(fēng), 孫造宇, 金光虎, 余安喜, 何峰, 何志華, 杜湘瑜, 陳祺, 馬喜樂 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)