极化圆迹SAR散射机理分析与特征提取方法研究

Polarimetric circular SAR (PolCSAR) is a new remote sensing information exploring and processing technique, which can retrieval and utilize target's 360 degrees polarimetric signature for terrain classification and target indentification. However, PolCSAR imaging geometry and processing algorithm are different with current SAR imaging modes leading to a different images groupe structure that may not satisfy the single-scattering-center hypothesis. Therefor, it is necessary to develop a multi-scattering-center media polarimetric scattering mechanism analysis method, the corresponding signatures and data decomposition methods, and classification algorithms. These methods and algorithms will make use the variational backscattering information induced by different azimuth angles. This research will be focused on the PolCSAR scattering mechanism analysis, azimuth anisotropic scattering signatures retrieval and application methods. The results will be tested and varified by anechoic chamber experiment dataset and airborne PolSAR dataset. This research will be a part of current and future PolCSAR data application roadmap and in favour of spaceborne PolSAR system designing.

极化圆迹合成孔径雷达是一种新型遥感信息获取与处理技术，可以连续获取目标在360度观测角下的极化散射特征信息用于目标识别和分类。然而与现有模式相比，圆迹SAR在观测几何以及成像处理方法上的差异导致了单散射中心假设和聚焦图像数据结构均发生了变化，有必要针对差异开展多散射中心目标的极化散射机理分析工作，分析新模型中的典型特征并研究特征分解方法，发展出能够有效利用圆迹SAR数据中散射机理差异的分类方法。本项目主要研究极化圆迹SAR散射机理分析方法、非各向同性散射特征信息提取及应用方法，并利用暗室和机载全极化SAR开展相关的试验，为现有机载极化圆迹SAR数据应用以及未来星载极化SAR系统的设计论证提供理论基础和技术支持。

本项目以圆迹SAR所带来的特殊观测方式为基础，开展多散射中心目标的极化散射特征建模工作，分析新模型中的典型特征并研究目标分解方法，最终发展出能够有效利用圆迹SAR数据中散射机理差异的分类方法。. 基于极化建模的多角度散射机理分析与表征方法。开展了极化多角度观测SAR数据建模研究，从物理模型及数据表达两方面明确了沿方位向多散射中心目标的定义。构建了基于似然比的DRIA数据处理框架及去极化规律分析方法，支撑了单一极化散射类型方位向多散射中心分离机理研究以及圆迹SAR观测引起的散射对称性变化效应分析及补偿方法研究。. 极化圆迹SAR特征提取方法。在基于图像序列的方位向多散射中心特征曲线提取方法研究方面，针对有方向的散射行为，提出了似然比曲线等五个特征，初步解释了它们与多散射中心目标结构间的关联。形成了115个基于方位向散射中心分离的极化SAR圆周多角度特征。通过曲线的前向差分可以凸显曲线的趋势变化，解释趋势变化的物理含义，描述了对象的本质特征并进行量化编码。. 极化圆迹SAR多维特征曲线信息应用方法。在可以保留特征物理含义的非监督分类流程方面，完成了115个特征的单特征分类方法，揭示了合并类别的原理；通过期望最大化方法及统计分布特性进行迭代非监督分类。采用编码前的原始特征曲线信息，构建了支持向量机、LightGBM及SVM-MRF三类监督分类器，并通过实际机载圆迹SAR数据进行了对比验证。. 极化圆迹SAR特征提取应用试验与分析。利用矢网及转台，构建可控的暗室试验系统。研究暗室系统极化定标并分析系统性能及成像指标。开展暗室极化散射数据获取试验及目标分解模型验证工作。在暗室获取了不同入射角状态下的全极化圆迹ISAR数据。观测对象包括四个不同尺寸的二面角、Tophat模型、坦克模型及飞机模型。开展机载圆迹SAR试验数据分析工作。