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1引言天气雷达是监测、预警突发灾害性天气最有效的手段。
近40a 来我国天气雷达监测网得到了长足的发展，在灾害性天气监测和预警方面发挥了重要作用。
为进一步满足社会经济发展对天气预报“准确、及时、定点、定量”的要求，提高对灾害性天气预警能力和气象服务水平，国家局正在完善天气雷达监测网络。
[1]双极化多普勒天气雷达通过交替发射和接受水平、垂直极化波，不仅能够提供常规天气雷达所能提供的强度、速度、谱宽等信息，还能探测到差分反射率、比相差、相关系数等多个重要参量。
现阶段我国还没开始对双极化雷达进行布网，现在还是单极化雷达的布网，美国已经完成了双极化雷达的布网[2]。
CAPPI 表示等高平面位置显示，是表征回波数据三维空间分布结构的一种产品，双极化雷达的CAPPI 图能有效的反应降水云的分布情况，其相关参量的CAPPI 图也能够有效判断回波情况,能够较准确地反映出降水粒子的回波情况,辨别降水粒子的相态结构，精确的分析回波特性，从而获得云内粒子的尺度谱、空间分布和排列取向等信息，有助于精确分析降水情况，也能根据相关参量的对比分析结合以往的经验迅速判断出降雨云与冰雹云，有效提高预报质量[3，4]。
目前,敏视达公司开发的UCP 软件只能生成基本反射率的CAPPI 图，为了能充分利用雷达基数据，更好的提供预报服务，现重点研究双极化天气雷达其他参量的CAPPI 图的制作方法。
通过对雷达波束传播、地球“曲面”影响、极坐标雷达三维格点化的研究，结合双极化雷达各参量的特点，运用双线性插值算法，重点计算了基本反射率因子、差分反射率因子、比相差、相关系数等参量的CAPPI ，并使用格点化的形式将其显示出来。
2双极化雷达主要参量双极化天气雷达能够得到的主要参量为：水平和垂直反射率因子Z H 、Z V ，差分反射率因子Z D R ，差分传播相位常数K D P ，零滞后相关系数ρHV 。
[5]（1）水平反射率因子Z H 其定义式如下：1作者简介：周凯（1987年10月—），陕西富平人，大学本科，工程师，从事雷达机务及装备保障工作。
国防科大在极化合成孔径雷达遥感领域再出新成果2
日前从国防科技大学获悉，该校王雪松团队的两篇论文同时发表于近日出版的《地球科学与遥感》杂志，其中第一篇被作为封面文章重点介绍。
据悉，这是自1980年该刊创刊以来中国大陆研究机构的第四篇封面论文，也是自去年6月该团队的研究论文成为IEEE遥感领域最受欢迎论文后的又一新成果。
合成孔径雷达，简称SAR，是指搭载在卫星或飞机等平台上的成像雷达，包括极化、干涉等多种模式。
鉴于SAR在对地观测、侦察监视、海洋遥感、灾害评估等诸多军用和民用领域的巨大应用潜力，近年来各国纷纷发射了多款极化SAR卫星并加以重点研究。
据王雪松介绍，极化SAR作为可全天时全天候工作的重要微波遥感器，能可靠地分辨森林、草地、农作物等传统雷达难以有效区分的复杂环境，并且在恶劣气象及城区等复杂环境下也有出色表现。
该团队从理论上构建了能精细化描述人造目标极化散射机理的物理模型，通过引入优化算法建立了模型全参数反演技术，实现对不同地物散射特性的精细刻画和准确反演。
论文第一作者陈思伟表示，随着SAR技术和系统的快速发展，SAR数据量越来越大。
如何解译极化SAR数据，从中准确高效
地提取地物信息成为当前的研究热点，也是制约定量化微波遥感的“瓶颈”。
在第二篇论文中，他们率先提出同时利用极化和干涉信息进行目标散射建模的新思路，并发明了一种核心算法，受到国内外学者的关注。
雷达天线圆极化方式
雷达天线圆极化是指天线辐射出的电磁波是沿着圆偏振方向旋转
着传播的。
圆极化有两种类型，即右旋圆极化和左旋圆极化，分别取
决于电磁波在传播过程中旋转的方向。
在雷达天线中，圆极化通常通
过旋转线极化天线或使用圆极化天线来实现。
从实现的角度来看，圆极化天线可以采用多种技术来实现，包括
对两个正交的线极化信号进行相位延迟或载波频率的变化，从而产生
一个旋转的电磁场。
在这种情况下，圆极化天线的两个极化分量可以
相互抵消，使得信号传输质量更稳定，更模拟真实场景。
圆极化天线
可用于机载雷达、卫星通信及其他无线电通讯系统。
总而言之，雷达天线的圆极化是指天线产生的电磁波具有旋转性，通常通过旋转线极化天线或使用圆极化天线来实现。
圆极化技术可以
提高信号传输的稳定性，并在某些情况下获得更好的信噪比和抗干扰
能力。
《基于极化混沌探地雷达的地下管线探测方法研究》篇一一、引言地下管线探测作为城市基础设施的重要组成部分，对保障城市供排水、能源输送等有着极其重要的作用。
极化混沌探地雷达技术作为新兴的无损探测技术，在地下管线探测方面展现出了其独特的优势。
本文旨在深入研究基于极化混沌探地雷达的地下管线探测方法，以期为地下管线的安全、高效探测提供理论支持和技术支撑。
二、极化混沌探地雷达技术概述极化混沌探地雷达技术是一种利用电磁波对地下目标进行探测的技术。
其基本原理是通过发射极化电磁波，接收由地下目标反射或散射回来的电磁波，从而获取地下目标的形态、位置和性质等信息。
该技术具有高分辨率、高精度、无损探测等优点，适用于各种复杂环境下的地下管线探测。
三、地下管线探测方法研究1. 探测原理基于极化混沌探地雷达的地下管线探测方法，主要是通过发射不同极化方式的电磁波，对地下管线进行扫描。
在扫描过程中，根据电磁波的反射、透射和散射等特性，获取管线的形态、位置和性质等信息。
同时，通过分析电磁波的极化状态，可以进一步判断管线的材质、埋深等参数。
2. 探测步骤（1）现场勘察：了解探测区域的地理环境、管线分布等情况，确定探测方案。
（2）设备准备：选择合适的极化混沌探地雷达设备，进行设备调试和校准。
（3）数据采集：按照探测方案，进行数据采集。
在采集过程中，需根据实际情况调整设备的参数设置，以保证数据的准确性和可靠性。
（4）数据处理与分析：将采集到的数据进行处理和分析，提取管线的形态、位置和性质等信息。
同时，结合极化状态分析，判断管线的材质、埋深等参数。
（5）结果输出：将分析结果以图像、数据等形式输出，为后续的管线维护和管理提供依据。
四、实验与分析为了验证基于极化混沌探地雷达的地下管线探测方法的可行性和有效性，我们进行了实地实验。
实验结果表明，该方法能够准确获取地下管线的形态、位置和性质等信息，且具有较高的分辨率和精度。
同时，通过极化状态分析，可以进一步判断管线的材质、埋深等参数，为后续的管线维护和管理提供了有力支持。
全极化探地雷达采集系统及校准技术初探李丽丽吉林大学分 类 号： P631.4 单位代码：10183 研究生学号： 2008622058 密 级：公开 吉 林 大 学 硕士学位论文全极化探地雷达采集系统及校准技术初探 Fully-Polarimetric GPR Acquisition System And Calibration Technique Preliminary Study作者姓名：李丽丽 专 业：固体地球物理学 研究方向：勘探地球物理学 指导教师：冯晅 教授 培养单位：地球探测科学与技术学院2010年 6月全极化探地雷达采集系统及校准技术初探Fully- Polarimetric GPR Acquisition System And CalibrationTechnique Preliminary Study作者姓名：李丽丽专业名称：固体地球物理学指导教师：冯晅教授学位类别：理学硕士未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。
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吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期： 2010年 月 日《中国优秀硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。
雷达极化作用
雷达极化作用是指雷达波在传播过程中受到物体的干扰而发生改变的现象。
雷达波一般是以水平或垂直方向传播的，当它遇到物体时，会发生反射、透射和散射等现象。
在这一过程中，雷达波的极化状态可能发生改变。
极化作用主要包括以下几个方面：
1. 反射极化：当雷达波遇到物体表面时，部分能量会被反射回来，反射回来的波的极化方向可能发生改变。
具体来说，相对于入射波的极化方向，反射波的极化方向可以是相同的（保持原始极化），也可以是反向的（相位相反的反射波）。
2. 透射极化：当雷达波穿过物体时，也会发生极化的变化。
透射波的极化方向通常与入射波的极化方向不同。
这是因为物体内部的结构会对雷达波进行干扰和散射，导致透射波的极化发生改变。
3. 散射极化：当雷达波遇到物体表面的不规则结构时，会发生弹性散射现象。
在散射过程中，雷达波的极化方向可能发生很大的改变。
这是因为散射物体的形状、大小和材料等因素都会对散射射线的极化状态产生影响。
极化作用对雷达系统的性能有重要影响。
通过分析和理解极化作用，可以帮助雷达系统更好地识别目标、增强目标信号的接收、降低杂波干扰等，提高雷达系统的探测和识别能力。
同时，
极化作用也可以应用于雷达反射率测量、雷达图像分析、雷达遥感等领域。
北京揽宇方圆信息技术有限公司
ALOS-2雷达卫星波束及极化方式
北京揽宇方圆-ALOS-2卫星是全球在轨商业卫星中唯一利用L波段的高分辨率合成孔径雷达卫星。
有1米、3米、6米（全极化）、10米（双极化）及100米的多种拍摄模式，除了全球推扫式的自主采集存档数据以外，还可针对客户的需求灵活地接受编程拍摄。
独特的L波段长波可穿透枝叶、树干，真实反应地表形状，尤其适合在中国南方多云、多雨、多植被的地区获取地形信息。
使用ALOS-2数据进行InSAR处理后，可以毫米级精度来获得地表形变，应用在地表沉降和滑坡等地质灾害监测、地震后的灾后评估、坝体形变监测等领域。
约26厘米的波长可穿透地表深达2米，使用6米全极化的数据可用来检测城市自来水管道的暗漏。
北京揽宇方圆信息技术有限公司。
第1章绪论1.1极化合成孔径雷达(PolSAR)及其发展电磁波的传播和散射都是矢量现象，而极化正是用来研究电磁波的这种矢量特征。
极化合成孔径雷达在不同收发极化组合下，测量地物目标的极化散射特性，并用极化散射矩阵的形式表示。
由于电磁波的极化对目标的介电常数、物理特性、几何形状和取向等比较敏感，因而极化测量可以大大提高成像雷达对目标各种信息的获取能力。
尽管极化的概念已经有很长的历史，但是到了二十世纪五十年代人们才开始对极化在雷达中的应用产生兴趣进行研究，并取得了一定进展。
1950年，G.W.Sinclair在对椭圆极化波发射与接收的研究中，引入散射矩阵的概念来描述相干散射体的雷达横截面积。
先导性的工作是由E.M.Kennaugh于20世纪50年代初在俄亥俄州立大学的天线实验室完成的。
他对雷达回波极化特性进行了初步研究，并给出最优极化状态的概念。
在Kennaugh之后，由于极化理论方面的发展还不完善，对雷达极化的研究工作虽然仍在继续，可是研究成果极为有限。
直到1970年Huynen博士论文的发表，才又开始了新一轮极化理论和试验研究的热潮，并取得了大量成果。
J.R.Huynen在其博士论文中利用Kennaugh最优极化状态的概念，推导了雷达目标现象学的理论，提出随机媒质散射分解的概念，将雷达极化的理论研究带到一个新的高度。
1981年，Poleman提出极化合成的概念，在极化的实际应用方面做出了重要的贡献。
W.M.Boerner进一步完成了对地物目标散射电磁波极化特性的研究，扩展了Kennaugh的最优极化理论，并把极化分析应用到了目标识别中。
然而由于当时雷达设备技术方面的局限性，人们并没有充分意识到极化在雷达应用中的重要作用。
二十世纪八十年代初，NASA/JPL实验室的机载AIRSAR系统在飞行中采用两个正交的线性极化天线发射、接收信号，首先实现了对目标的全极化测量，开创了雷达极化研究的一个新时代。
在过去的二十多年间，人们研发了许多极化合成孔径雷达系统。
目前，除了NASA/JPL的AIRSAR全极化系统(工作在L、C和P波段)外，还有几个机构开发的机载极化系统能够提供不同频率的全极化SAR数据，他们包括:丹麦遥感中心开发的EMI-SAR系统，工作在C和L波段；德国空间中心(DLR)的E-SAR系统，工作在L和P波段；密歇根环境研究所(ERIM)开发的NAWC/ERIMSAR系统，工作在X、C和L波段:还有NAVY/ERIMP-3SAR系统，安装在美国海军Orion P-3飞机上，由美国海空发展中心(NADC)操作;加拿大CV-580飞机上装载的CCRS/MDASAR、日本的Pl-SAR、以及法国的CNESSAR。
而航天飞机载和星载极化SAR系统主要有:美国与德国、意大利合作的SIR-C/X-SAR系统，该系统在1994年进行了两次成功的飞行试验，获得大量L和C波段的全极化合成孔径雷达原始数据；SRTM系统2000年2月进行了为期n天的观测，获得了覆盖地球表面80%陆地范围的L、C和X波段数据；此外还有于2002年3月发射的欧洲航天局的ENVISATASAR系统，以及即将发射升空的美国的EOS SAR系统、加拿大的RADARSAR-II系统，都工作在多极化模式。
这些系统获取了大量极化数据，为人们对极化的研究提供了丰富的素材。
在此基础上，各国学者在极化SAR数据的分析和应用方面开展了许多研究工作。
在散射矩阵分解、目标极化特性分析、目标分类、地表参数反演、极化图象滤波等方面，获得许多研究成果。
目前，雷达极化已经发展成为一种比较成熟的技术，在农业(分辨不同的农作物耕地)、森林(植被高度、衰减系数等生物量的估计、物种识别)、地质(地质结构描述)、水文(表面粗糙度和土壤湿度估计、雪湿度估计)、海冰监测(冰龄和厚度估计)和海洋学(波特性估计，热和波前探测)等很大范围内都得到广泛的研究和应用。
1.2干涉合成孔径雷达(InSAR)及其发展干涉合成孔径雷达利用SAR系统从空间分离的两个位置对同一地区成像，估计两幅复图象中对应象素之间的千涉相位差来提取散射体的高度信息。
该系统突破了传统合成孔径雷达仅能得到地形二维测绘图象的局限性，能够全天时、全天候的获取大面积高精度三维地形数据近年来逐渐发展成为SAR领域中的一个研究热点。
干涉合成孔径雷达的最初报道可以追溯到Rogers和工Ingalls在1969年对金星表面观测的研究。
此后，L.C.Graham在1974年利用Goodyear航空公司(LORAL/HUGHES)SAR机载双天线X波段系统得到的数据，进行光学处理，得到了第一幅地形等高线图，首次向人们演示了SAR干涉在地形高程成像方面的能力圈。
然而，由于当时技术条件的限制，这一研究成果并未引起太多反响。
直到20世纪80年代，JPL的R.M.Goldstein和H.A.Zebker在理论和实践上对干涉SAR技术进行了完善和发展，将AIRSAR系统改装成双天线单航迹干涉系统,成功实现了干涉测量，并用数字信号处理技术对获得的数据进行干涉处理，得到了第一个实际的观测结果，高程测量精度优于10m。
1988年，A.Gabriel和Goldstein 利用SEASAT(1978年发射的第一个星载合成孔径雷达系统)以及SIR-B(装载于奋进号航天飞机上)的L波段数据，尝试了对星载SAR系统重复航迹干涉模式获取的数据进行干涉处理，证明了在一定条件之下实现重复航迹干涉的可行性。
Goldstein、Zebker和C.Werner在1988年也提出了相位展开的问题，并给出一种相位展开算法，从而首次可以在一个常数范围内确定绝对干涉相位叫。
C.Prati 和F.Rocca在1990年进行了进一步的理论研究，考虑干涉应用中SAR图象处理时的相位保持问题。
A.L.Gray和P.J.Farris-Manning在1992年，利用加拿大CCRSC/X-SAR系统在X和C波段获得的数据，首先成功实现了机载SAR系统重复航迹干涉。
但此时的SAR干涉技术还处于初步发展阶段，没有被人们广泛熟知。
随着欧空局(ESA)的ERS-1在1991年发射升空，星载干涉SAR的研究得到了迅速发展。
ERS-1工作在C波段，装备有一个激光跟踪系统，可以进行精确的轨道确定，从而得到高质量的干涉数据。
基于这些数据，Li、Goldstain、Zebker和Rodriguez等人，在干涉SAR系统工作原理、数据处理、测量精度、重要参数分析、各种去相关因素的影响、潜在应用以及千涉实现的限制和能力等方面进行了深入研究和讨论，使得干涉SAR研究在理论和实践上都有了很大发展，对干涉合成孔径雷达的研究也随之进入了一个全新的局面。
1995年欧空局再次发射了ERS-2卫星，与ERS-1一起组成TANDEM任务，实现了在一天的时间间隔内对同一地区重复观测，为星载SAR干涉创造了更多的机会，使干涉SAR研究得到空前发展。
在欧洲卫星遥感发展的同时，日本的JERS卫星(L波段)、加拿大的RADARSAT 卫星(C波段)，也提供了大量高分辨率干涉SAR数据。
1994年4月和10月，SIR-C/X-SAR系统分别进行了两次为期10天全球地形测绘的飞行实验。
这次实验首次为研究者提供了多频极化(L、C波段全极化，X波段单极化)的干涉数据，为以后极化干涉技术的发展提供了机会。
2000年2月成功实现的SRTM全球地形测绘计划是干涉SAR研究应用领域中又一个重要里程碑。
这是第一部星载双天线干涉SAR系统，航天飞机携带了两组SIR-C/X-SAR雷达，分别位于60m长伸缩臂的两端。
该系统共飞行n天，观测了位于北纬60度南纬56度之间、覆盖地表面80%的陆地，对部分地区还进行重复观测。
其空间分辨率为30m，相对高程精度为10m左右。
此次飞行实验获得了多波段、多极化的双天线单航迹的干涉数据，也为研究极化在干涉中的作用提供了非常丰富的实验数据。
在星载SAR干涉发展的同时，世界上许多国家都投入力量对机载干涉SAR进行了研究。
加拿大的CCRS在1990年利用安装在Convair580的C/X-SAR进行了重复轨道的干涉验证试验，此系统工作在X和C波段；1991年，NASA/JPL将AIRSAR 系统改装成TOPSAR干涉雷达，是第一个机载双天线干涉系统，工作在L和C波段，其最终的空间分辨率为10米，高程精度达到2-3米；德国Dornier公司研制的DO-SARALTAS-X干涉SAR系统采用X波段、机载双天线模式，用于高精度地形图的绘制，其空间分辨率为0.8米，绝对高程精度为2-5米；2000年，德国C.wimmer等人利用X波段高分辨率的AeS-1机载双天线SAR对德国北部的Wadden 地区进行地形测绘，生成的地形数字高程模型的水平分辨率为2.5米，高程精度为5厘米，实现了超高精度的DEM测量；此外，目前还有IFSARE(X波段,ERIM,USA)，EMI-SAR(C波段，丹麦遥感中心)，E-SAR(X波段，DLR，德国),RAMSES(X 波段，ONERA，法国)，AER-II(X波段，FGAN，德国)，ESR(X波段OERA，UK),等机载SAR干涉系统。
随着InSAR技术的发展成熟，其应用范围也不断扩大。
从最初的地形高程测量逐渐发展到遥感应用领域的诸多方面。
如利用差分干涉对微小地表形变敏感的特点，对火山喷发、地震演变、陆地下沉等现象进行观测；在极地研究中，监测冰块形变和冰川动态变化、测量冰川漂移速度；通过分析目标的相关性对地物进行分类；建立相关散射模型，利用干涉观测量提取与自然散射机理有关的物理参数，等等。
1.3合成孔径雷达极化干涉技术(Pol-InSAR)及其发展前面一节介绍的合成孔径雷达干涉测量是一种极有发展潜力的技术，但仍然有一些因素限制了它的发展。
首先，利用InSAR估计高度包含一定的不确定性。
对于光滑表面，常规InSAR的高度测量结果与实际地形高度相差不多。
然而，在体散射占主导的区域(如植被覆盖区)，分辨单元内往往存在多种散射机理，各种散射机理的相位中心可能位于不同高度。
这时，两幅干涉图象之间的相位差就不能反映任何一个散射中心的实际高度，而是反映所有散射体的一个平均高度。
这样由于体散射的影响，常规InSAR系统对地形的高度估计一般会包含一个植被层的偏置，测高结果会产生几米甚至十几米的较大偏差。
此外，在合成孔径雷达干涉高程反演过程中，相位展开是其中非常重要的一步。
相位展开成功与否依赖于干涉噪声的大小，而噪声的大小在干涉相关系数Y上体现出来。
获得较高的干涉相关系数、减小干涉噪声的一个方法就是对干涉图进行多视处理。
然而这会导致空间分辨率的严重损失。
因此需要寻求一个既能增大相关系数从而提高测高精度，同时又能保证空间分辨率的方法。
