極化干涉合成孔徑雷達與層析成像技術研究.pdf

1、極化干涉合成孔徑雷達（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、全天候、遠距離對目標電磁特征、空間位置、空間結構探測和環(huán)境監(jiān)測的能力，在地形測繪、海洋監(jiān)測、農(nóng)林業(yè)測繪、軍事偵察、氣象制圖、環(huán)境保護以及災情監(jiān)測等各個應用領域中表現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢與潛力，已成為現(xiàn)代軍事和民用遙感信息獲取的重要手段。
　　在單基線極化干涉SAR應用中，散射過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技術的實用化要求

2、對實際觀測數(shù)據(jù)與雷達系統(tǒng)參數(shù)、場景特征參數(shù)之間的關聯(lián)進行深入的分析與理解，還需要通過信號處理方法進一步提升地物參數(shù)反演精度。借助于海量的對地遙感觀測數(shù)據(jù)，沿垂直航向空間觀測通道的增加大大豐富了極化干涉SAR所能獲取的目標信息量。多基線極化干涉SAR技術和層析SAR成像技術能夠有效獲取自然場景垂直結構的散射特征、實現(xiàn)復雜場景的三維重構，是現(xiàn)代成像雷達發(fā)展的一個重要方向。然而，地物目標對電磁信號的散射過程極為復雜，多基線極化干涉觀測數(shù)據(jù)與目

3、標散射特征之間的映射法則難以確定。在三維重構方面，層析三維成像受制于最優(yōu)基線配置及實現(xiàn)的復雜性以及傳統(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。
　　針對這些問題，本論文旨在通過信號處理方法提高極化干涉SAR、層析SAR對地遙感探測信息獲取的精度與穩(wěn)健性，研究內(nèi)容主要針對地表散射模型失配問題、單基線極化干涉SAR地表參數(shù)反演、雙基線極化干涉分布模型構建與體散射解模糊、層析SAR基線優(yōu)化設計與

4、三維成像四個關鍵點。本文圍繞×××預先研究項目“×××信息獲取技術”、“×××載荷技術”以及×××探測技術項目“×××技術與實驗研究”等項目研究任務，對極化干涉SAR地表參數(shù)反演、極化層析SAR成像進行了研究。全文內(nèi)容主要圍繞地表散射模型失配問題、單基線極化干涉SAR地表參數(shù)反演、雙基線體散射解模糊和層析SAR基線優(yōu)化設計與三維成像進行展開，主要內(nèi)容可概括為以下四個部分：
　　第一部分研究基于雷達系統(tǒng)參數(shù)和場景特征參數(shù)的地表散射模

5、型構建。引出了散射過程的模型失配問題，分析了觀測數(shù)據(jù)與雷達系統(tǒng)參數(shù)、場景特征參數(shù)（包括植被參數(shù)和地形坡度參數(shù)）之間的關聯(lián)，確定了地形坡度參數(shù)對基于地表散射模型的植被參數(shù)反演結果的影響方式，建立了極化干涉信號與雷達系統(tǒng)及場景特征參數(shù)之間的映射關系，在模型級上解決了由地形起伏引起的模型失配問題。
　　第二部分研究單基線極化干涉SAR地表參數(shù)反演信號處理方法。給出了植被覆蓋下地形干涉相位的估計方法，提出了基于數(shù)據(jù)驅動的極化干涉SAR數(shù)據(jù)

6、幅度、相位非平穩(wěn)特性自適應校正方法。針對觀測數(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。分析了以單一極化通道數(shù)據(jù)先驗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信息融合技術，并引入主成分分析方法，提高了線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極化干涉SAR地表參數(shù)反演方法。提出了雙基線極化干涉SAR分布模型的構建方法，分析了雙基線極化干涉SAR解決體散射估計模糊的基本原理，通過仿真試

7、驗分析方法驗證了解模糊方法的有效性。分析了雙基線觀測數(shù)據(jù)的聚類現(xiàn)象，提出了基于最大一致性準則的雙基線地表參數(shù)反演算法，并利用仿真數(shù)據(jù)對不同的長短基線比例條件下的算法性能和誤差容忍度進行了分析與評估，該方法可以有效地解決體散射估計的模糊問題。
　　第四部分研究極化層析SAR基線優(yōu)化設計與三維成像。針對非均勻線性陣列陣元位置的優(yōu)化設計，分析并推導了機載層析SAR系統(tǒng)陣列方向圖的近場掃向不變性和陣元位置優(yōu)化模型，提出了一種目標函數(shù)離散柵