基于简缩极化干涉SAR的地物分类应用研究

As a frontier issue in the microwave field, the compact polarimetric interferometric SAR (C-PolInSAR) technology aims to use a single-transmitting dual-receiving system to obtain comparable image information of PolInSAR, with a unique combination of transmitting and receiving polarization base. The complexity of system design is effectively reduced. Because C-PolInSAR partially loss polarization information, this project will solve three scientific problems to explore its ability of terrain target classification. Firstly, the C-PolInSAR feature parameter is extracted and its physical meaning is given. The intrinsic relationship between the target's C-PolInSAR information and physical characteristics is studied, and the existing parameter system is completed. Secondly, by analyzing the scattering mechanisms of the target, the decomposed model of the C-PolInSAR is studied to lay the foundation for the characteristic model. Finally, for the lack of mature C-PolInSAR terrain target classification algorithm, the classification algorithm based on the scattering mechanism is studied with the proposed decomposed model and feature parameters. The link of terrain target classification is opened up in the C-PolInSAR spatial domain. This study can explore the possibility of using C-PolInSAR to replace PolInSAR in the application of terrain target classification. It can provide theoretical basis and technical support for satellite development and application of spaceborne C-PolInSAR. It is of great significance to the development of the national economy.

作为微波领域的前沿课题，简缩极化干涉SAR技术旨在利用单发双收系统，以独特的发射与接收极化基搭配方式提供接近于全极化干涉SAR的图像信息量，有效降低系统设计的复杂度。由于简缩极化干涉SAR数据会损失部分极化信息，为了探索其地物分类能力，本项目对三个科学问题进行研究。首先，提取简缩极化干涉SAR特征参数并给出其物理意义，研究目标的简缩极化干涉信息与物理特征的内在联系，完备现有参数体系。其次，通过分析目标的散射成份与机理，对简缩极化干涉SAR目标分解模型进行研究，奠定特征模型基础。最后，针对缺少成熟的简缩极化干涉SAR地物分类算法的问题，利用提出的模型和特征参数，研究基于散射机制的地物分类算法，打通简缩极化干涉空间域的地物分类链路。本研究可探索在地物分类应用方面简缩极化干涉替代全极化干涉的可能性，为未来星载简缩极化干涉SAR型号工作开展和应用提供理论基础和技术支持，对国民经济发展具有重大意义。

本项目以高分分辨率宽测绘带多极化干涉数据获取能力的需求为研究背景，针对全极化干涉SAR系统存在构建复杂，工程实现难度大的问题，研究利用独特的发射与接收极化基搭配方式的简缩极化干涉SAR的目标散射特征和干涉特征，探索了简缩极化干涉SAR替代全极化干涉SAR可能性，主要工作和取得的重要成果如下：.1)分析了针对地物分类应用的极化系统参数的边界条件，极化隔离度小于-35dB、相位不平衡小于5°、幅度不平衡小于0.5dB。.2)提出了新的简缩极化干涉特征参数提取方法，研究了简缩极化分解模型和特征参数提取方法，并利用特征参数改进了模型分解算法；利用提出的简缩极化干涉相似性参数可自适应判断体散射对去极化的贡献，有效解决了复杂城市区体散射过估计的问题。.3)研究了多种分类器，利用基于特征提取的分类器由于充分提取了地物的极化特征和干涉特征，可以从不同维度表现地物的散射特性，可以减少噪声的影响，提升分类正确率。在通常容易混淆的森林和城市区域，分类精度也得到了一定的提升。.4)提出了基于简缩极化干涉SAR的地物分类算法，打通了简缩极化干涉SAR地物分类链路，对所提算法进行了实验验证。通过与全极化地物分类、全极化干涉地物分类结果进行比较，可以得出简缩极化干涉SAR在地物分类方面具有很大的潜力，其分类精度较高，分类正确率比全极化干涉SAR仅少2-3%，优于全极化数据，证明了简缩极化干涉SAR用于地物分类是有效的，可以在一定程度上取代全极化干涉数据。.简缩极化因其系统简单，信息量丰富，已经成为国际上的研究热点，而我国现在还没有相关卫星，本项目的研究成果已初步应用于我国穿透领域卫星论证的模式设计中，可进一步推动我国简缩极化干涉SAR卫星系统设计和型号研制工作的开展，对国民经济发展具有重大现实意义。