CN115166738A - 一种基于旋转极化的同时极化测量方法 - Google Patents

一种基于旋转极化的同时极化测量方法 Download PDF

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CN115166738A CN202211081369.0A CN202211081369A CN115166738A CN 115166738 A CN115166738 A CN 115166738A CN 202211081369 A CN202211081369 A CN 202211081369A CN 115166738 A CN115166738 A CN 115166738A
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Abstract

本发明涉及雷达极化信息处理技术领域，具体涉及一种基于旋转极化的同时极化测量方法。步骤1，发射正交极化双通道步进线性调频信号，并获取回波信号；步骤2，对回波信号进行混频和匹配滤波处理，得到四路输出信号；步骤3，处理四路匹配滤波输出信号，得到目标的极化散射矩阵信息，实现同时极化测量。在“瞬态极化”的基础上建立“旋转极化”的概念，并设计了一种双通道正交极化SLFM信号。可以实现瞬态极化测量，丰富了已有的极化测量信号形式。减少了极化测量过程中各通道之间的相互干扰并提高了测量结果的准确度，取得不错的极化测量效果。

Description

一种基于旋转极化的同时极化测量方法
技术领域
本发明涉及雷达极化信息处理技术领域，具体涉及一种基于旋转极化的同时极化测量方法。
背景技术
极化是电磁波的本质属性，描述了电磁波的矢量特征。目标受到雷达电磁波照射时会出现“变极化效应”，即散射波的极化状态相对于入射波会发生改变。这种效应蕴含着与目标姿态、结构、材质等物理属性密切相关的丰富信息，为雷达目标检测与识别提供了重要支撑。针对传统极化的时谐性假设，王雪松教授提出了“瞬态极化”的概念来解决宽带极化信号的处理难题，其核心是极化信号的时频表征；并重点研究了瞬态极化雷达同时极化测量方法，研究核心为正交波形的设计。目前关于雷达极化信号的基础理论，比如其变化规律与频率、相位、空间的内在联系，相干情形下Stokes矢量的相加原理，极化分辨概念的辨析等，仍没有得到深入的研究与揭示。除了在极化合成孔径雷达(Polarimetric SAR,PoISAR)领域较为成熟外，极化信息在实际中的应用仍然不尽人意，极化信息在各个领域的应用潜力亟待挖掘。
目前，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种先进的主动式微波对地探测设备，可通过虚拟阵列和脉冲压缩等技术获得类似光学照片的地物目标图像，广泛应用于多个领域。SAR成像技术自然作为热点，被人们长期关注和研究，但通过多年的研究拓展，高分辨力宽测绘带(High Resolution Wide Swath, HRWS) 成像这类新需求的出现，常规SAR的工作模式和成像能力已达到瓶颈，无法满足。因此，需要研究新的SAR成像技术和雷达系统来突破限制。现阶段，已有研究者将多输入多输出(Multiple InputMultiple Output, MIMO)系统、正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, OFDM)技术与SAR结合，提出了MIMO-SAR、OFDM-SAR和MIMO-OFDM-SAR等新型成像技术。同时，分析雷达技术发展的历史，其根本矛盾是目标参数多维性与雷达探测信息有限性之间的矛盾。为了提高对目标信息的获取能力，利用电磁波的极化信息是雷达检测和识别领域的发展趋势之一。目前国内对MIMO、OFDM这类技术与极化信息结合并应用到SAR成像技术的研究还比较少。而PoISAR系统是在SAR系统上应用了极化信息，具有全极化测量和高分辨成像技术的优点。其中极化测量（全称“雷达目标极化散射矩阵测量技术”）是极化信息获取与处理领域的基础性问题，对目标的极化信息的准确获取和有效利用，一直也是雷达探测领域被研究者们关注的重点问题。极化测量中的分时极化测量技术由于额外增加了不同时间极化信息的测量，使得测绘带宽减少了一半，因此同时极化测量技术应运而生。本质上同时极化测量体制是一种小规模的MIMO或者OFDM系统。正常的电磁波极化相干合成由于需要适应极化的幅度比和相位差，因此调整系数不同于固定极化方式，是时变的，因此造成了极化相干合成的复杂性。
综上所述，现有的极化测量技术的测量效果和准确度还有待进一步提升。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于旋转极化的同时极化测量方法，在“瞬态极化”的基础上建立“旋转极化”的概念，并设计了一种双通道正交极化SLFM信号。可以实现瞬态极化测量，丰富了已有的极化测量信号形式。减少了极化测量过程中各通道之间的相互干扰并提高了测量结果的准确度，取得不错的极化测量效果。
本发明的一种基于旋转极化的同时极化测量方法，其技术方案为，包括：
步骤1，发射正交极化双通道步进线性调频信号，并获取回波信号；
步骤2，对回波信号进行混频和匹配滤波处理，得到四路输出信号；
步骤3，处理四路匹配滤波输出信号，得到目标的极化散射矩阵信息，实现同时极化测量。
较为优选的，所述发射正交极化双通道步进线性调频信号指：同时发射两路正交极化信号，且两路信号载频不同。
较为优选的，当发射的两路正交极化信号为水平极化信号和垂直极化信号时，所述正交极化双通道步进线性调频信号为：
Figure 881756DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 432823DEST_PATH_IMAGE002
表示起始于0时刻的脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 717305DEST_PATH_IMAGE003
为H通道发射信号载频，
Figure 303007DEST_PATH_IMAGE004
为V通道发射信号载频， k为调频斜率，j为虚数符号，t为时间，
Figure 529589DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 787526DEST_PATH_IMAGE006
分别电磁波Jones 矢量的两个正交分量。
较为优选的，所述回波信号通过以下方法计算：
若距离为R，径向速度为
Figure 124967DEST_PATH_IMAGE007
的点目标的极化散射矩阵在相干时间以及信号带宽内 不发生起伏，则目标极化散射矩阵为
Figure 565175DEST_PATH_IMAGE008
；
目标响应函数表示为
Figure 447812DEST_PATH_IMAGE009
，其中，
Figure 973471DEST_PATH_IMAGE010
为目标回波时延，
Figure 583444DEST_PATH_IMAGE011
为目 标回波多普勒频移；
则回波信号为：
Figure 871033DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 173838DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 671947DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 351190DEST_PATH_IMAGE015
分别表示H和V通道发射信号对应的目标多普勒频移，
Figure 500412DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 990430DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 225102DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 442457DEST_PATH_IMAGE019
为线性变换算子，
Figure 462497DEST_PATH_IMAGE020
表示起始于
Figure 107105DEST_PATH_IMAGE010
时刻的脉宽为τ的矩形脉冲。
较为优选的，所述步骤2中对回波信号进行混频和匹配滤波处理包括：
将回波信号
Figure 579805DEST_PATH_IMAGE021
输入至本振信号为
Figure 600851DEST_PATH_IMAGE022
的混频器进行混频处理，得到 混频输出为：
Figure 724665DEST_PATH_IMAGE023
将混频输出分别通过与H和V通道发射信号相应的两路匹配滤波器，得到四路输出信号。
较为优选的，所述两路匹配滤波器分别为：
Figure 290907DEST_PATH_IMAGE024
其中，上标*表示共轭，
Figure 765750DEST_PATH_IMAGE025
表示起始于
Figure 324908DEST_PATH_IMAGE026
时刻的脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 788381DEST_PATH_IMAGE026
为 滤波器反应时延，
Figure 40371DEST_PATH_IMAGE010
为目标回波时延，k为调频斜率，j为虚数符号，t为时间，
Figure 736931DEST_PATH_IMAGE027
为载频差，
Figure 850512DEST_PATH_IMAGE003
为H通道发射信号载频，
Figure 683339DEST_PATH_IMAGE004
为V通道发射信号载频，
Figure 856962DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 40819DEST_PATH_IMAGE015
分别表示H和V通道发射信号 对应的目标多普勒频移，
Figure 941779DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 645424DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 239216DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 644790DEST_PATH_IMAGE019
为线性变换算子，
Figure 365752DEST_PATH_IMAGE020
表示起始于
Figure 173171DEST_PATH_IMAGE010
时刻的 脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 688597DEST_PATH_IMAGE013
，ϕ为系统引起的相位差。
较为优选的，所述四路输出信号为：
Figure 581467DEST_PATH_IMAGE028
Figure 824229DEST_PATH_IMAGE029
Figure 236887DEST_PATH_IMAGE030
Figure 438062DEST_PATH_IMAGE031
Figure 552648DEST_PATH_IMAGE032
；
其中，
Figure 349834DEST_PATH_IMAGE033
为HH通道的输出信号，
Figure 131845DEST_PATH_IMAGE034
为HV通道的输出信号，
Figure 238341DEST_PATH_IMAGE035
为VH通道的 输出信号，
Figure 856536DEST_PATH_IMAGE036
为VV通道的输出信号。
较为优选的，所述步骤3包括：
通过目标极化散射矩阵反演公式计算
Figure 706680DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 77619DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 105749DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 194927DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 599495DEST_PATH_IMAGE037
利用
Figure 356098DEST_PATH_IMAGE016
对上式进行归一化，得到归一化后的目标极化散射矩阵为：
Figure 538818DEST_PATH_IMAGE038
；
其中，
Figure 131604DEST_PATH_IMAGE039
为
Figure 323551DEST_PATH_IMAGE034
在
Figure 669082DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 304594DEST_PATH_IMAGE041
为
Figure 368365DEST_PATH_IMAGE033
在
Figure 849156DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 314772DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 370453DEST_PATH_IMAGE035
在
Figure 141094DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 940423DEST_PATH_IMAGE043
为
Figure 260546DEST_PATH_IMAGE036
在
Figure 972281DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 10644DEST_PATH_IMAGE044
为
Figure 348084DEST_PATH_IMAGE045
在
Figure 7867DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值。
较为优选的，还包括：
步骤4，对步骤2中的匹配滤波输出信号进行相干叠加，得到大带宽信号；
步骤5，将所述大带宽信号进行RD算法处理，得到高分辨成像结果。
较为优选的，所述步骤4包括：
选取无需进行幅度调制的HV通道和VH通道的输出信号进行相干叠加，得到大带宽信号：
Figure 670930DEST_PATH_IMAGE046
。
本发明的有益效果为：
1、在“瞬态极化”的基础上建立“旋转极化”的概念，并设计了一种正交极化双通道步进线性调频(Stepped-Linear Frequency Modulation, SLFM)信号。可以实现瞬态极化测量，丰富了已有的极化测量信号形式。减少了极化测量过程中各通道之间的相互干扰并提高了测量结果的准确度，取得不错的极化测量效果。通过将高速旋转极化分解为正交双通道的表达形式，降低了极化相干合成的复杂度。为后期利用极化散射机理和稀疏正则化理论进一步提高极化雷达成像分辨力和成像幅宽奠定了基础；
2、利用极化双通道 SLFM信号结合PolSAR系统，对HV和VH通道的回波信号进行频带合成，在实现极化测量的同时通过频带合成提高系统成像分辨力，降低了极化相干合成的复杂性，获得高分辨成像结果。
附图说明
图1为本发明基于旋转极化的同时极化测量方法的流程示意图；
图2~5为本发明方法极化测量仿真结果图；
图6~9为各通道信号及频带合成信号的频谱图；
图10、11分别为传统方法与本方法的目标一维距离；
图12、13分别为传统方法与本方法的信号距离分辨力结果图；
图14、15分别为传统方法与本方法的目标二维成像结果图；
图16~19为不同信号形式下信号分辨力对比结果。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示“两个或两个以上”。
实施例一
图1示出了本申请较佳实施例（图1示出了本申请第一实施例）提供的流程的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
步骤1，发射正交极化双通道SLFM信号，并获取回波信号；
步骤2，对回波信号进行混频和匹配滤波处理，得到四路输出信号；
步骤3，处理四路匹配滤波输出信号，得到目标的极化散射矩阵信息；
步骤4，对匹配滤波输出信号进行相干叠加，得到大带宽信号，实现频带合成；
步骤5，得到高分辨成像结果。
在一个实施例中，所述步骤1包括：
极化雷达发射正交极化双通道SLFM信号，具体形式为同时发射两路正交极化信号，且两路信号载频不同。这里假设发射水平，垂直极化信号，则其发射信号可表示为：
Figure 665430DEST_PATH_IMAGE001
式（1）
其中，式（1）为本发明设计的发射信号，
Figure 557294DEST_PATH_IMAGE002
表示起始于0时刻的脉宽为τ的矩 形脉冲，
Figure 852009DEST_PATH_IMAGE003
为H通道发射信号载频，
Figure 905547DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 918502DEST_PATH_IMAGE004
为V通道发射信号载频，
Figure 597745DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 497699DEST_PATH_IMAGE049
， k为调频斜率，j为虚数符号，t为时间，
Figure 971406DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 940499DEST_PATH_IMAGE006
分别电磁波Jones矢量的 两个正交分量。
所述回波信号通过以下方法计算：
若距离为R，径向速度为
Figure 174165DEST_PATH_IMAGE007
的点目标的极化散射矩阵在相干时间以及信号带宽内 不发生起伏，则目标极化散射矩阵为
Figure 177894DEST_PATH_IMAGE008
；
目标响应函数表示为
Figure 88081DEST_PATH_IMAGE009
，其中，
Figure 560782DEST_PATH_IMAGE010
为目标回波时延，
Figure 581827DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 456373DEST_PATH_IMAGE011
为目标回波多普勒频移；
则回波信号为式（2）：
Figure 537462DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 215568DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 791037DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 34936DEST_PATH_IMAGE015
分别表示H和V通道发射信号对应的目标多普勒频移，
Figure 21347DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 468640DEST_PATH_IMAGE054
，由于
Figure 831488DEST_PATH_IMAGE055
为定值，在大多数情况下
Figure 664315DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 837938DEST_PATH_IMAGE015
的差也为 定值。
Figure 756216DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 657176DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 384258DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 243630DEST_PATH_IMAGE019
为线性变换算子，
Figure 134357DEST_PATH_IMAGE020
表示起始于
Figure 839007DEST_PATH_IMAGE010
时刻的脉宽为τ的矩形脉 冲。
在一个实施例中，所述步骤2包括：
将回波信号
Figure 646426DEST_PATH_IMAGE021
输入至本振信号为
Figure 161852DEST_PATH_IMAGE022
的混频器进行混频处理，得到 混频输出为式（3）：
Figure 54722DEST_PATH_IMAGE056
将式（3）的混频输出分别通过与H和V通道发射信号相应的两路匹配滤波器，得到四路输出信号。
所述两路匹配滤波器分别为式（4）：
Figure 563064DEST_PATH_IMAGE057
其中，上标*表示共轭，
Figure 241301DEST_PATH_IMAGE025
表示起始于
Figure 176896DEST_PATH_IMAGE026
时刻的脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 25903DEST_PATH_IMAGE026
为 滤波器反应时延，
Figure 88668DEST_PATH_IMAGE010
为目标回波时延，k为调频斜率，j为为虚数符号，t为时间，
Figure 870680DEST_PATH_IMAGE027
为载频差，
Figure 727908DEST_PATH_IMAGE003
为H通道发射信号载频，
Figure 329791DEST_PATH_IMAGE004
为V通道发射信号载频，
Figure 179935DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 567185DEST_PATH_IMAGE015
分别表示H和V通道发射信号 对应的目标多普勒频移，
Figure 844583DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 199341DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 338329DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 829354DEST_PATH_IMAGE019
为线性变换算子，
Figure 277652DEST_PATH_IMAGE020
表示起始于
Figure 870439DEST_PATH_IMAGE010
时刻的 脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 796807DEST_PATH_IMAGE013
，ϕ为系统引起的相位差。
所述四路输出信号为式（5）：
Figure 158649DEST_PATH_IMAGE058
Figure 777849DEST_PATH_IMAGE033
为HH通道的输出信号，
Figure 841620DEST_PATH_IMAGE034
为HV通道的输出信号，
Figure 322411DEST_PATH_IMAGE035
为VH通道的输出信 号，
Figure 788027DEST_PATH_IMAGE036
为VV通道的输出信号。
其中，式（6）~式（9）分别为：
Figure 843708DEST_PATH_IMAGE029
Figure 879928DEST_PATH_IMAGE030
Figure 679257DEST_PATH_IMAGE031
Figure 999380DEST_PATH_IMAGE059
。
在一个实施例中，所述步骤3包括：
根据式（5）到式（9），当
Figure 711115DEST_PATH_IMAGE060
时，
Figure 749478DEST_PATH_IMAGE045
与
Figure 821340DEST_PATH_IMAGE061
取得最大值，此时B与B′相对较小， 可忽略，即B ≈ 0，B′ ≈ 0；并且在目标速度不大的情况下A≈A′，则目标极化散射矩阵反 演公式为：
Figure 746701DEST_PATH_IMAGE037
式（10）
通常目标极化散射矩阵可利用
Figure 144185DEST_PATH_IMAGE016
归一化，则利用匹配滤波输出反演目标极化散 射矩阵的算法为：
Figure 154997DEST_PATH_IMAGE038
式（11）
本发明设计的极化测量方法对目标极化散射矩阵的测量结果如式（10）所示，式（11）为其归一化结果。
在一个实施例中，所述步骤4包括：
选取无需进行幅度调制的HV通道和VH通道的输出信号进行相干叠加，得到大带宽信号：
Figure 296129DEST_PATH_IMAGE046
式（12）
在一个实施例中，所述步骤5包括：将所述大带宽信号进行RD算法处理，得到高分辨成像结果。
实施例二
本实施例提供了一种旋转极化的同时极化测量方法的仿真实验及结果，具体如下文说明。
（1）实验 1
假设目标为单个静止点目标，发射信号为正交极化双通道SLFM信号，在不同极化散射矩阵的理想条件下进行仿真实验，具体仿真参数如表1所示，结果如图2~5所示：
Figure 325264DEST_PATH_IMAGE062
根据图2~5中结果可知，本发明设计的极化测量信号在进行同时极化测量仿真实验时效果良好。
（2）实验2
结合PolSAR系统，现在理想环境下，进行机载PolSAR正侧视成像效果仿真实验，发射信号为正交极化双通道SLFM信号，假设目标为4个静止的点目标，具体仿真参数设计如表2所示：
Figure 644381DEST_PATH_IMAGE063
HV通道回波信号、VH通道回波信号及频带合成信号的幅频特性如图6~9所示。通过频带相干合成，可将HV和VH通道的回波信号合成得到更大带宽的信号（假设两个通道之间无频谱重叠的部分），并且无需对回波信号进行幅度调制，也无需提高系统的采样率。其中，与图9所示的理想结果相比，图8中相邻两个子带的光谱之间也存在峰值，这一现象的原因是式(4)给出的传递函数是近似形式，这导致了截断和Gibbs效应。
相同参数条件下，图10~15为传统成像方法（只利用了单个通道的极化信息）和本发明方法的仿真结果。由图10~13可知，与传统方法相比，本发明方法提高了目标回波信号强度和距离分辨力。图15比图14的成像结果更清晰，峰值能量更集中，旁瓣电平更低，取得了更好的成像效果。
（3）实验3
为了进一步观察本发明所提方法在雷达成像上的改进效果，现在不同发射信号形式的理想条件下进行分辨力对比仿真实验，假设目标为两个静止的点目标，具体仿真参数如表3所示：
Figure 391758DEST_PATH_IMAGE064
图16~19是在不同发射信号形式的条件下进行分辨力对比仿真实验的结果，实验对象为不同间距(0m，1m，2m，3m)的两个静止点目标。以图16结果为例，其中单倍带宽LFM信号匹配滤波结果的主瓣宽度(-3dB)为1.5006；双倍带宽LFM信号匹配滤波结果的主瓣宽度(-3dB)为0.75031；双通道SLFM信号匹配滤波结果的主瓣宽度(-3dB)为0.75031。由图17结果可知，单倍带宽LFM信号未能很好的区分两个目标，而SLFM信号在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下，可通过频带合成提高目标成像分辨力，取得与双倍带宽LFM信号相同的效果。
本发明提出的“旋转极化”概念，丰富了已有的瞬态极化理论。在此基础上设计的正交极化双通道SLFM信号，与传统极化雷达信号相比，具有通过单次观测获取目标极化散射矩阵的全部信息的优势，丰富了瞬态极化雷达的信号形式，并且可以实现同时极化测量。基于PolSAR系统，利用目标的极化信息特性，在不增加雷达系统瞬时带宽的前提下，通过频带合成提高目标二维成像效果，实现高分辨成像。同时，本发明通过将高速旋转极化分解为正交双通道的表达形式，首先在正交极化通道上进行匹配滤波，然后进行交叉极化通道间的相干合成，降低了极化相干合成的复杂度。本发明的研究思路和成果也为以后利用全极化信息成像的研究提供了参考。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，包括：
步骤1，发射正交极化双通道步进线性调频信号，并获取回波信号；
步骤2，对回波信号进行混频和匹配滤波处理，得到四路输出信号；
步骤3，处理四路匹配滤波输出信号，得到目标的极化散射矩阵信息，实现同时极化测量。
2.根据权利要求1所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述发射正交极化双通道步进线性调频信号指：同时发射两路正交极化信号，且两路信号载频不同。
3.根据权利要求2所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，当发射的两路正交极化信号为水平极化信号和垂直极化信号时，所述正交极化双通道步进线性调频信号为：
Figure 530453DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 634544DEST_PATH_IMAGE002
表示起始于0时刻的脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 617544DEST_PATH_IMAGE003
为H通道发射信号载频，
Figure 481594DEST_PATH_IMAGE004
为 V通道发射信号载频， k为调频斜率，j为虚数符号，t为时间，
Figure 249961DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 10107DEST_PATH_IMAGE006
分别电磁波Jones矢量 的两个正交分量。
4.根据权利要求3所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述回波信号通过以下方法计算：
若距离为R，径向速度为
Figure 995249DEST_PATH_IMAGE007
的点目标的极化散射矩阵在相干时间以及信号带宽内不发生 起伏，则目标极化散射矩阵为
Figure 397412DEST_PATH_IMAGE008
；
目标响应函数表示为
Figure 535132DEST_PATH_IMAGE009
，其中，
Figure 482491DEST_PATH_IMAGE010
为目标回波时延，
Figure 440082DEST_PATH_IMAGE011
为目标回波 多普勒频移；
则回波信号为：
Figure 380357DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 356272DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 989378DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 434266DEST_PATH_IMAGE015
分别表示H和V通道发射信号对应的目标多普勒频移，
Figure 663384DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 510118DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 314126DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 495577DEST_PATH_IMAGE019
为线性变换算子，
Figure 777654DEST_PATH_IMAGE020
表示起始于
Figure 229626DEST_PATH_IMAGE010
时刻的脉宽为τ的矩形脉冲。
5.根据权利要求1所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述步骤2中对回波信号进行混频和匹配滤波处理包括：
将回波信号
Figure 204535DEST_PATH_IMAGE021
输入至本振信号为
Figure 358436DEST_PATH_IMAGE022
的混频器进行混频处理，得到混频 输出为：
Figure 693471DEST_PATH_IMAGE023
将混频输出分别通过与H和V通道发射信号相应的两路匹配滤波器，得到四路输出信号。
6.根据权利要求5所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述两路匹配滤波器分别为：
Figure 249218DEST_PATH_IMAGE024
其中，上标*表示共轭，
Figure 395028DEST_PATH_IMAGE025
表示起始于
Figure 52537DEST_PATH_IMAGE026
时刻的脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 676416DEST_PATH_IMAGE026
为滤波 器反应时延，
Figure 335936DEST_PATH_IMAGE010
为目标回波时延，k为调频斜率，j为虚数符号，t为时间，
Figure 652648DEST_PATH_IMAGE027
为载频差，
Figure 46721DEST_PATH_IMAGE003
为H 通道发射信号载频，
Figure 225023DEST_PATH_IMAGE004
为V通道发射信号载频，
Figure 489783DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 977396DEST_PATH_IMAGE015
分别表示H和V通道发射信号对应的 目标多普勒频移，
Figure 842452DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 73714DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 458558DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 867805DEST_PATH_IMAGE019
为线性变换算子，
Figure 970891DEST_PATH_IMAGE020
表示起始于
Figure 740263DEST_PATH_IMAGE010
时刻的脉宽为τ的矩形脉冲，
Figure 494462DEST_PATH_IMAGE013
，ϕ为系统引起的相位差。
7.根据权利要求6所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述四路输出信号为：
Figure 58298DEST_PATH_IMAGE028
Figure 399412DEST_PATH_IMAGE029
Figure 972476DEST_PATH_IMAGE030
Figure 66334DEST_PATH_IMAGE031
Figure 315918DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 128017DEST_PATH_IMAGE033
为HH通道的输出信号，
Figure 770350DEST_PATH_IMAGE034
为HV通道的输出信号，
Figure 735027DEST_PATH_IMAGE035
为VH通道的输出 信号，
Figure 906245DEST_PATH_IMAGE036
为VV通道的输出信号。
8.根据权利要求5所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述步骤3包括：
通过目标极化散射矩阵反演公式计算
Figure 205639DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 369773DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 438223DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 531075DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 317766DEST_PATH_IMAGE037
利用
Figure 770744DEST_PATH_IMAGE016
对上式进行归一化，得到归一化后的目标极化散射矩阵为：
Figure 474127DEST_PATH_IMAGE038
；
其中，
Figure 721568DEST_PATH_IMAGE039
为
Figure 261134DEST_PATH_IMAGE034
在
Figure 268535DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 311578DEST_PATH_IMAGE041
为
Figure 995500DEST_PATH_IMAGE033
在
Figure 740471DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 800831DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 963959DEST_PATH_IMAGE035
在
Figure 303936DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 552514DEST_PATH_IMAGE043
为
Figure 665833DEST_PATH_IMAGE036
在
Figure 417888DEST_PATH_IMAGE040
时刻的取值，
Figure 709192DEST_PATH_IMAGE044
为
Figure 930220DEST_PATH_IMAGE045
在
Figure 332383DEST_PATH_IMAGE040
时 刻的取值。
9.根据权利要求5所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，还包括：
步骤4，对步骤2中的匹配滤波输出信号进行相干叠加，得到大带宽信号；
步骤5，将所述大带宽信号进行RD算法处理，得到高分辨成像结果。
10.根据权利要求9所述的基于旋转极化的同时极化测量方法，其特征在于，所述步骤4包括：
选取无需进行幅度调制的HV通道和VH通道的输出信号进行相干叠加，得到大带宽信号：
Figure 938945DEST_PATH_IMAGE046
。
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