基于点目标的机载SAR极化定标算法研究

摘要

随着极化合成孔径雷达（PolSAR）技术的发展，极化SAR数据被广泛地应用于地物分类、土地利用、地表参数反演等方面，而极化定标技术是对极化SAR数据进行分析和应用的前提。由于受到雷达天线不同的极化通道之间不能完全隔离等因素的影响，导致测量的极化SAR数据包含有失真，不能准确地表征地物的后向散射特性。因此必须对SAR数据进行极化定标，精确校正不同极化通道之间的相对幅度和相位，以期准确地提取存在于不同极化组合的幅度和相位中的地物信息，凸显极化SAR系统的优势。
　　针对极化定标技术，国内外学者开展了大量的科学研究，其研究工作可分为以下三种类型：（1）基于点目标的极化定标算法；（2）基于面目标的定标算法；（3）基于点目标和面目标相混合的定标算法。本文主要针对基于点目标的极化定标算法开展相关研究，该类型定标方法的基本思路为：首先提取SAR图像中散射矩阵已知的点目标；然后构建点目标的测量值及其理论值，两者之间的矩阵方程，进而推算极化定标参数；最后将所求的定标参数应用到其他未知区域，得到极化定标后的SAR数据。基于现有极化定标算法的不足，本文提出了两种基于点目标的极化定标算法，其主要的研究工作如下：
　　（1）介绍了极化 SAR的数据基础，叙述了常用极化定标模型及典型极化定标算法，总结了影响极化定标精度的两大因素：飞行平台的不稳定性及点目标的摆放偏差，其中飞行平台不稳定性包括6个姿态参数—俯仰角、横滚角、偏航角、距离向偏移、方位向偏移、高程向偏移；点目标的摆放偏差主要是指点目标在垂直于雷达视线的平面内绕雷达视线所产生的旋转偏差。
　　（2）对现有的基于点目标的Whitt算法与基于点目标和面目标相混合的Ainsworth算法等典型极化定标算法进行了分析和研究，针对算法中的不足之处，如算法中所作出的假设条件，本文提出了一种无约束的基于点目标的极化定标算法。利用所提算法分别对模拟数据和2014年在海南南部地区获取的机载SAR全极化 C波段数据进行极化定标实验，验证了算法的性能。与 Whitt算法、Ainsworth算法等典型算法相比，该算法没有作出地物散射互异性等假设条件，克服了算法中的不足。
　　（3）在对Whitt定标算法和Ainsworth定标算法研究的基础上，鉴于典型极化定标算法的推导过程较为复杂等问题，本文提出了一种推导过程较为简单的基于点目标的极化定标算法，以校正不同极化通道间在幅度和相位上的畸变。并分别通过实际的机载SAR全极化C波段数据和模拟数据对该方法的有效性进行了检验。同其他方法相比，该方法简化了极化定标参数的求解步骤，使得求解过程简单，易于理解。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与技术路线

2 极化SAR理论概述及相关误差分析

2.1 极化SAR理论概述

2.2 飞行平台姿态及其误差分析

2.3 角反射器摆放误差分析

2.4本章小结

3 机载SAR极化定标算法

3.1 极化定标算法概述

3.2 Whitt极化定标算法

3.3 Ainsworth极化定标算法

3.4 无约束点目标定标算法

3.5 简化的点目标定标算法

3.6 本章小结

4 机载SAR极化定标实验与方法验证

4.1 研究区及数据源

4.2 实验结果分析及验证

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

致谢