極化干涉合成孔徑雷達(dá)與層析成像技術(shù)研究.pdf

1、極化干涉合成孔徑雷達(dá)（SAR）綜合了極化信息與傳統(tǒng)干涉信息感知能力，因其具備了全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離對(duì)目標(biāo)電磁特征、空間位置、空間結(jié)構(gòu)探測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)的能力，在地形測(cè)繪、海洋監(jiān)測(cè)、農(nóng)林業(yè)測(cè)繪、軍事偵察、氣象制圖、環(huán)境保護(hù)以及災(zāi)情監(jiān)測(cè)等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢(shì)與潛力，已成為現(xiàn)代軍事和民用遙感信息獲取的重要手段。
　　在單基線(xiàn)極化干涉SAR應(yīng)用中，散射過(guò)程的模型失配極大地限制了地表地物信息的獲取能力。極化干涉SAR技術(shù)的實(shí)用化要求

2、對(duì)實(shí)際觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)與雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、場(chǎng)景特征參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行深入的分析與理解，還需要通過(guò)信號(hào)處理方法進(jìn)一步提升地物參數(shù)反演精度。借助于海量的對(duì)地遙感觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，沿垂直航向空間觀(guān)測(cè)通道的增加大大豐富了極化干涉SAR所能獲取的目標(biāo)信息量。多基線(xiàn)極化干涉SAR技術(shù)和層析SAR成像技術(shù)能夠有效獲取自然場(chǎng)景垂直結(jié)構(gòu)的散射特征、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景的三維重構(gòu)，是現(xiàn)代成像雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)重要方向。然而，地物目標(biāo)對(duì)電磁信號(hào)的散射過(guò)程極為復(fù)雜，多基線(xiàn)極化干涉觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)與目

3、標(biāo)散射特征之間的映射法則難以確定。在三維重構(gòu)方面，層析三維成像受制于最優(yōu)基線(xiàn)配置及實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性以及傳統(tǒng)二維SAR成像處理誤差的影響，其層析維聚焦性能的提升亟需高效穩(wěn)健的高精度聚焦方法。
　　針對(duì)這些問(wèn)題，本論文旨在通過(guò)信號(hào)處理方法提高極化干涉SAR、層析SAR對(duì)地遙感探測(cè)信息獲取的精度與穩(wěn)健性，研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)地表散射模型失配問(wèn)題、單基線(xiàn)極化干涉SAR地表參數(shù)反演、雙基線(xiàn)極化干涉分布模型構(gòu)建與體散射解模糊、層析SAR基線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與

4、三維成像四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。本文圍繞×××預(yù)先研究項(xiàng)目“×××信息獲取技術(shù)”、“×××載荷技術(shù)”以及×××探測(cè)技術(shù)項(xiàng)目“×××技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”等項(xiàng)目研究任務(wù)，對(duì)極化干涉SAR地表參數(shù)反演、極化層析SAR成像進(jìn)行了研究。全文內(nèi)容主要圍繞地表散射模型失配問(wèn)題、單基線(xiàn)極化干涉SAR地表參數(shù)反演、雙基線(xiàn)體散射解模糊和層析SAR基線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與三維成像進(jìn)行展開(kāi)，主要內(nèi)容可概括為以下四個(gè)部分：
　　第一部分研究基于雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)和場(chǎng)景特征參數(shù)的地表散射模

5、型構(gòu)建。引出了散射過(guò)程的模型失配問(wèn)題，分析了觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)與雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、場(chǎng)景特征參數(shù)（包括植被參數(shù)和地形坡度參數(shù)）之間的關(guān)聯(lián)，確定了地形坡度參數(shù)對(duì)基于地表散射模型的植被參數(shù)反演結(jié)果的影響方式，建立了極化干涉信號(hào)與雷達(dá)系統(tǒng)及場(chǎng)景特征參數(shù)之間的映射關(guān)系，在模型級(jí)上解決了由地形起伏引起的模型失配問(wèn)題。
　　第二部分研究單基線(xiàn)極化干涉SAR地表參數(shù)反演信號(hào)處理方法。給出了植被覆蓋下地形干涉相位的估計(jì)方法，提出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的極化干涉SAR數(shù)據(jù)

6、幅度、相位非平穩(wěn)特性自適應(yīng)校正方法。針對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的非均勻分布特性，提出了映射空間均衡化校正技術(shù)。分析了以單一極化通道數(shù)據(jù)先驗(yàn)信息作為參考的失效情況，首次提出了基于地體散射比差異最大化的先驗(yàn)信息融合技術(shù)，并引入主成分分析方法，提高了線(xiàn)性變化模型特征提取的精度和穩(wěn)健性。
　　第三部分研究雙基線(xiàn)極化干涉SAR地表參數(shù)反演方法。提出了雙基線(xiàn)極化干涉SAR分布模型的構(gòu)建方法，分析了雙基線(xiàn)極化干涉SAR解決體散射估計(jì)模糊的基本原理，通過(guò)仿真試

7、驗(yàn)分析方法驗(yàn)證了解模糊方法的有效性。分析了雙基線(xiàn)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的聚類(lèi)現(xiàn)象，提出了基于最大一致性準(zhǔn)則的雙基線(xiàn)地表參數(shù)反演算法，并利用仿真數(shù)據(jù)對(duì)不同的長(zhǎng)短基線(xiàn)比例條件下的算法性能和誤差容忍度進(jìn)行了分析與評(píng)估，該方法可以有效地解決體散射估計(jì)的模糊問(wèn)題。
　　第四部分研究極化層析SAR基線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與三維成像。針對(duì)非均勻線(xiàn)性陣列陣元位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析并推導(dǎo)了機(jī)載層析SAR系統(tǒng)陣列方向圖的近場(chǎng)掃向不變性和陣元位置優(yōu)化模型，提出了一種目標(biāo)函數(shù)離散柵