Wishart分布矩阵行列式值的统计特性及其在参数估计中的应用

 极化协方差矩阵行列式值表征了Pol-SAR图像目标散射极化散布程度,它在参数估计中表现出突出的优势,研究行列式值的物理内涵及其统计特性对揭示行列式值的优势的本质有着重要的理论价值.在此背景下,将表征目标散射极化散布程度的标准行列式值与表征目标散射随机性的极化熵、极化散度进行了比较,给出了它们与平面极化度和方向极化度的数学关系,指出他们在描述目标散射随机特性方面具有部分一致性,存在差异的本质在于三个随机性描述参数对极化方向随机度和平面极化度的加权方法的不同.然后研究了极化协方差矩阵行列式值的统计分布特性,给出了极化协方差矩阵行列式值的概率密度函数,指出在视图数和样本数足够的情况下,其行列式值的测量均值是渐进无偏估计.针对样本数较少时等效视图数参数估计误差较大的问题提出了最大似然修正算法,提高了小样本数目时的等效视图数参数估计精度.最后用仿真数据对理论推导进行了验证,结果表明了理论结果的正确性.极化协方差矩阵行列式值的统计特性和目标散射随机性参数的研究为目标极化散射随机特性、参数估计和目标检测等的研究提供了新思路.     

一种基于目标散射鉴别的POLSAR图像地物无监督分类新方法

提出了一种基于目标散射鉴别的POLSAR图像地物无监督分类新方法.该方法首先利用极化散射熵将POLSAR图像地物粗分为高散射随机性、中散射随机性和低散射随机性三种情形;然后提取球面散射、偶次散射和体散射相似性参数将上述三种情形细分为十种;在上述散射分类的基础上,采用新定义的两类目标极化差异度量对地物进行类别迭代调整.由...     

基于极化散射特性的空间锥体目标宽带回波对齐

包络对齐是宽带回波预处理中重要的一部分,然而对于空间锥体这类只有较少散射中心且目标存在微动的情况,现有的包络对齐方法并不能得到较好的对齐结果。对于一些利用宽带回波进行微动目标参数估计的算法,包络对齐是其算法的关键一步。该文提出一种基于极化散射特性进行包络对齐的算法,算法首先利用极化谱估计与幅相联合估计(P-CAPES)超分辨方法估计宽带极化回波中的散射中心的数目、位置和极化散射矩阵,然后计算前后时刻回波散射中心的极化相似性参数,最后利用得到相似性参数进行包络对齐。基于电磁计算数据的实验结果验证了算法的有效性。     

一种基于表面散射相似度的SAR图像极化增强方法

针对传统极化增强在多类目标增强和极化信息保持方面存在的不足,该文基于表面散射的相似度提出了一种新的极化增强方法。该方法根据目标表面散射的相似度,对不同散射类型的目标相干矩阵乘以不同实系数,从而增大了表面散射的目标与其它散射的目标的对比差异。同时由于该方法将表征目标的相干矩阵作为整体进行运算,因而保持了目标的极化信息。最后利用NASA SIR-C/X-SAR实测极化数据验证了该方法的有效性。     

基于极化特征的雷达目标识别技术

极化特性是雷达目标散射回波的重要特性之一,极化特征能够解析目标的粗细、大小、对称性等信息。随着雷达极化测量技术的逐步成熟,基于极化特征的雷达目标识别日益引起国内外学术界的高度重视。以电磁散射计算仿真的飞机模型为研究对象,在极化不变量理论基础上对这些飞机目标的极化特性进行了试验分析研究,以SVM为分类器,通过功率矩阵的迹和去极化系数可以实现对三个目标的区分。结果表明,该方法可以有效地将三个目标进行分类识别。     

基于目标散射相似性的POLSAR图像无监督 地物散射分类新方案

针对H-Alpha散射分类存在的不足,本文提出了一种基于目标散射相似性的POLSAR图像地物散射分类新方案.该方案首先利用散射随机性将地物分为高散射随机性、中散射随机性和低散射随机性三类,然后根据散射相似性参数对这三类进一步细分.由于该方案根据散射相似性参数自动确定散射类别,克服了采用Alpha人工确定散射类别的不足;散射相似性参数计算简便,克服了H-Alpha散射分类运算量偏大的不足.作为一种实际应用,在新方案框架下,本文给出了一种基于球面散射、偶次散射和体散射相似性参数,以及散射随机性的度量参数——极化散射熵的散射分类新方法.该方法在利用极化散射熵将地物分为三类基础上,根据三个散射相似性参数进一步将地物分为十类.由于这三种典型散射对应实际地物散射,该方法的十种散射类别能很好地描述实际地物情况.实测极化数据的实验结果,验证了新方案的可行性和新方法的有效性.     

时变电磁波瞬态极化投影矢量的数字特征

瞬态极化概念是描述时变电磁波极化动态变化特性的重要手段.在正态假设下,研究了时变电磁波瞬态极化投影矢量(IPPV)的概率分布和均值、方差、混合二阶矩等数字特征,得到了电磁波IPPV一些重要统计性质.分析了JPPV相对于Stokes参数表征的优势.证明了电磁波在特征极化基上IPPV的3个分量互不相关,得到了IPPV的数字特征随波的极化度的变化关系.这些工作为随机性散射波或辐射波的极化特性分析提供了有用工具,对雷达目标动态极化散射特性表征、目标检测、目标特征提取与识别等领域的研究具有启发意义.     

基于球面散射相似性的POLSAR图像分类方法

针对基于H-Alpha平面的目标分类方法运算量偏大的问题,本文研究了基于散射相似性的极化合成孔径雷达（POLSAR）图像分类。首先在分析现有目标散射相似性度量参数的不足基础上,利用目标相干矩阵定义了目标散射相似性的新度量参数。该参数综合考虑了目标主散射机制、次要散射机制与规范目标的相似性,以及不同散射机制对应的发生概率,因而它能准确反映目标与规范目标的散射相似程度。接着,考虑到表面散射在自然界中是一种普遍的散射类型,利用新参数提取了表面散射相似性参数,并从理论上分析了该参数表征目标散射类型的可行性及它与平均Alpha角、极化散射熵的约束关系。最后,利用San Francisco地区AIRSAR极化数据验证了表面散射相似性替代平均Alpha角的有效性,并讨论了表面散射相似性参数分别与现有极化散射熵替代参数的组合分类效果。实验结果表明,基于简单线性近似参数+表面散射相似性的H-Alpha替代方法更具实用性。      

具有极化特征的植被相干散射模型及参数反演

重点研究了具有极化特征的植被相干散射模型及参数反演算法。基于目标分解理论,推导了植被及地表回波的极化干涉相干系数与植被高度、衰减系数、地形相位等参数之间的数学关系,以衰减系数作为极化分量的函数,建立了具有明显极化特征的植被及地表相干散射模型。在此基础上,以全极化干涉相干系数作为输入参量,考虑模型对极化的依赖性,采用三阶段法对植被的物理参量进行反演,获得了地形相位和植被高度。在环境可控的微波暗室内构建了极化干涉半实物合成孔径雷达系统对模型进行实验验证,获取了南洋杉和土壤所构成场景的极化干涉回波数据,实验结果表明:采用该模型在场景的地体幅度比小于-10dB的情况下,植被反演高度与实际高度的误差仅为0.03m,说明了模型的有效性。     

基于联合稀疏性的高分辨全极化雷达成像研究

针对频率步进体制高分辨全极化雷达,本文研究了基于稀疏信号表示的高分辨全极化雷达成像,并提出了一种基于极化平滑l₀范数算法的成像方法.算法中的联合稀疏性度量综合利用了目标在全极化下的散射特性,因而成像结果兼具全极化处理和稀疏优化算法的优点,不仅能以较少的观测回波获得高分辨距离像,还能全面准确反映目标全极化散射特性,有利于目标识别等进一步应用.仿真和暗室实测数据实验结果验证了本文方法的有效性.     

An entropy based classification scheme for land applications ofpolarimetric SAR

The authors outline a new scheme for parameterizing polarimetric scattering problems, which has application in the quantitative analysis of polarimetric SAR data. The method relies on an eigenvalue analysis of the coherency matrix and employs a three-level Bernoulli statistical model to generate estimates of the average target scattering matrix parameters from the data. The scattering entropy is a key parameter is determining the randomness in this model and is seen as a fundamental parameter in assessing the importance of polarimetry in remote sensing problems. The authors show application of the method to some important classical random media scattering problems and apply it to POLSAR data from the NASA/JPL AIRSAR data base     

空间目标激光雷达散射波实验室模拟技术

散射特性是目标光学重要特征之一,是激光雷达对目标探测与识别的基础,为获取散射波特性数值,提出空间目标激光雷达散射波实验室模拟技术。首先利用积分方程将散射场分成切面近似场与补偿场,分别计算散射场与散射功率;其次根据双频互相关函数推导空间目标激光雷达方程,获取单位面积的激光雷达截面与双向分布函数之间关系,确定光滑、中等粗糙、粗糙三种表面物理统计量;最后对斯托克斯参量定义,得出自然光状态下的归一化形式,并利用旋转偏振片法测量散射波参数,表面粗糙度与入射波长不断变化,当目标表面粗糙度越大,散射系数越小;入射波越长,散射系数越高时,实现空间目标激光雷达散射波实验室模拟,为高性能雷达目标识别提供理论依据。     

Polarimetric discriminators for SAR images

A method is developed for optimizing the degree of polarization of a partially polarized wave reflected by a nonstationary scattering object. The method permits, for a scattered wave and a given target characterized by its Mueller matrix, analytic computation of the maximum and minimum values of the degree of polarization, and the corresponding transmitted polarizations. A procedure for the optimization of the scattered wave intensity is also proposed. The degree of polarization and the total scattered intensity extrema are then analyzed experimentally on JPL data. It is shown that several entities such as the received intensity extrema, the coefficient of variation, the fractional polarization and the span, which are currently used for target discrimination, can be deduced from combinations of the maximum and minimum values of the degree of polarization and the scattered wave intensity. Finally, a classification of the San Francisco image, based on these indices, is conducted for a better understanding of the specific physical meaning of each index     

基于散射中心极化比的锥体目标姿态反演

从高分辨一维距离像（high range resolution profile,HRRP）出发,针对HRRP姿态敏感以及锥体目标识别中姿态获取困难的问题,推导分析了散射中心极化比与锥体目标姿态的关联关系,提出了基于散射中心极化比姿态反演的方法:利用散射中心参数估计模型对锥体目标不同极化下的宽带数据进行分析,分别提取其散射中心参数,同时计算散射中心参数的极化比,并与理论的极化比曲线进行匹配,最终获取目标的姿态角.基于球头锥的数值计算与极化特征提取结果验证了方法的有效性.利用此方法能够做到对目标姿态的快速反演,为进一步的目标识别提供支撑.     

基于极化联合特征的海面目标检测方法

该文从全极化体制角度出发,提出一种基于极化联合特征的海面目标检测方法。首先基于极化协方差矩阵,通过Cloude特征分解,提取表征回波随机程度的极化熵和反熵的数学期望;接着直接基于极化散射矩阵,通过Krogager特征分解,提取表征回波中极化散射分量结构组成的球散射体分量、二面角散射体分量和螺旋体散射分量的归一化系数;由提取的特征构成五维特征空间,利用主成分分析(PCA)降维证明所提特征具有良好的可分性,最后采用一类支持向量机(OCSVM)对目标和杂波进行识别。所提方法分别从极化相干和非相干分解两个角度出发,通过两种不同的极化分解方式提取特征,在一定程度上解决了高海情下基于单一极化分解方法存在的检测效果不理想的问题。通过IPIX实测数据验证所提方法具有良好的检测能力。      

一种度量目标散射相似性的新参数

针对目标相似性参数度量分布式目标与典型目标散射相似程度不准确的问题,本文利用规范散射Pauli基矢量和分布式目标相干矩阵,定义了一个度量目标散射相似性程度的新参数--目标散射相似性.由于该参数综合考虑了分布式目标主散射机制、次要散射机制与规范散射的相似性,以及不同散射机制对廊的发生概率,因而它能准确反映分布式目标与规范目标散射的平均近似程度.与相似性参数一样,新参数具有目标旋转不变性、尺度无关性等特性.作为一种实际应用,给出了分布式目标与金属球、角反射器等典型目标的散射相似性.结合旧金山地区AIRSAR极化数据,讨论了这些相似性测度在地物分类方面的应用.     

闪烁现象下基于微动补偿的旋转叶片参数估计方法

目标旋转叶片的微动特征对雷达目标识别有重要意义,但当雷达回波中存在强闪烁现象时难以测量微动参数。针对此问题,提出了一种调频连续毫米波雷达在闪烁现象下的微动补偿参数估计方法。首先建立了调频连续波雷达的旋转散射点回波模型,由线积分得到旋转叶片雷达基带回波信号的解析形式,分析了闪烁现象产生机理和特征。然后,考虑到回波信号所具有的周期性脉冲特征,构造了基于周期脉冲模型的微动参数补偿算子对回波信号进行参数补偿。最后,检测补偿后信号能量峰值完成了旋转叶片微动参数的估计。仿真和实测数据的实验结果表明,所提方法在强闪烁现象下对旋转叶片的旋转频率、旋转长度和初始旋转角具有较高的参数估计精度。      

均匀取向箔条云的RCS极值研究

箔条云的雷达回波为部分极化波,其散射波的极化度和RCS极值问题对于极化滤波、极化对比增强的效果具有重要的决定作用.首先用Mueller矩阵采表征了箔条云的变极化效应,基于Mueller矩阵对均匀取向箔条云散射波的极化程度、共极化和交叉极化的RCS极值进行了研究.研究发现,散射波的总能量不随发射极化改变,当发射波为线极化时,散射波的极化度最大,共极化RCS最大,交叉极化RCS最小,当发射波为圆极化时,散射波为完全未极化波,此时用任意的极化接收,平均功率是相同的.