无人工定标器的机载SAR影像极化定标研究

To get better image interpretation and geophysical parameter retrieval results, the polarimetric calibration of Synthetic Aperture Radar (SAR) is essential. Targets with Bragg scattering mechanism or distributed structure have stable polarimetric statistics, which means that they can provide reliable polarimetric feature constrains for the construction of calibration method. As a result, it will diminish the dependence of calibrators on polarimetric calibrations, improve the image quality and the emergency observation capability of airborne PolSAR system. This project will focuses on the current problems in the airborne PolSAR polarimetric calibration without suing reflecting corners. Problems like confusion in the extraction of calibration reference samples, the low calibration accuracy in urban and undulated terrain area etc. will be concerned. After investigate the influence of polarimetric error on the distribution of scattering features, the automatic extraction of calibration reference samples will be optimized with selected scattering features. New polarimetric error calculating model will be formed, basing on the study of Bragg polarimetric feature constrains. To solve the calibration problems in the undulate terrain area, new calculating model will be formed by introducing the terrain information. The multi-scale fusion and optimization of distortion parameters will be carried out to guarantee the calibration accuracy. Finally, a new polarimetric calibration solution will be formed without using manmade calibrators. This research will increase the polarimetric calibration ability and image quality of airborne PolSAR systems, and it will also promote the geophysical parameter retrieval and image interpretation consequently. This project can provide technical support for disaster emergency observation, and it is meaningful both for the scientific study and practical application.

对极化合成孔径雷达（PolSAR）影像进行极化定标，是地物解译和定量研究的基础。布拉格散射地物与分布式地物具有稳定的极化特征，能够为构建极化定标方法提供可靠的约束条件，减小对人工定标器的依赖，提高机载PolSAR系统的影像质量和应急观测能力。本课题针对目前无人工定标器的机载PolSAR极化定标中，出现的定标参考地物提取不准确、城区与地形起伏区域定标精度较低等问题，在研究极化误差对地物散射特征影响的基础上，优化定标参考样本的自动选取，发展利用极化特征的约束条件，分别构建基于布拉格散射特性和引入地形坡度信息的误差解算模型，并对解算结果进行多尺度融合优化，实现无人工定标器的机载SAR高精度极化定标。本课题的开展将提升机载PolSAR系统的极化定标能力和影像质量，改善地球物理参数反演与地物解译的精度，具有重要的研究意义和应用价值。

极化合成孔径雷达（PolSAR）影像进行极化定标，是地物解译和定量研究的基础。针对极化SAR影像中的不同极化通道间的串扰、交叉极化通道不平衡、同极化通道不平衡，提出了采用分布式目标和有源点目标的极化定标方案；在分布式定标体提取方面，采用了基于Cameron相干极化分解的方法计算互易夹角，并对地物进行相干性检测，从而实现了从未定标的影像中提取出互易分布式定标体。针对典型地物的极化散射特性进行研究，研究了弱散射地物裸土的极化特性，如螺旋散射特性，极化方位角的一致性，利用这些特性进行PolSAR的定标，实现了基于裸土的SAR影像极化定标；针对目前无人工定标器的机载PolSAR极化定标中，出现的定标参考地物提取不准确、城区与地形起伏区域定标精度较低等问题，在研究极化误差对地物散射特征影响的基础上，提出了优化定标参考样本的自动选取方法，发展了利用极化特征的约束条件，分别构建了基于布拉格散射特性和引入地形坡度信息的误差解算模型，并对解算结果进行多尺度融合优化，实现了无人工定标器的机载SAR高精度极化定标。通过提取长观测条带中森林、裸土、城区地物，提出以自然裸土、建筑区中似角反射器为参考样本对系统同极化通道不平衡相位进行估计算法，在此基础上结合GF3系统误差的时间、波位阶段性缓变特点，提出了基于卡尔曼滤波数据同化的多波位通道不平衡相位联合估计算法，提高了不同波位的同极化通道不平衡相位估计精度。.采用国产机载超高分辨率PolSAR影像和国产星载高分辨率PolSAR影像验证了方法的效果。项目研究成果在中国科学院电子所12室机载的S、X波段的全极化平台中得到应用；在中国测绘科学研究院的西部测图平台中得到了应用。并于2020年5月与中国科学院电子学研究所签订技术服务合同“机载SAR极化定标方案设计及处理方法研究”，把该项成果应用到了电子所的机载平台的极化定标。