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第六章 极化SAR

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1极化SAR

󰂋极化是各种矢量波共有的一种性质。对于各种矢量波来说，极化是指

用一个场矢量来描述空间某一个固定点所观测到的矢量（电场、应

变、自旋）随时间变化的特征。

󰂋对电磁波的完整描述需要用到4个基本的场矢量：电场强度、电位移

密度、磁场强度和磁通量密度。

󰂋全极化合成孔径雷达是合成孔径雷达向多功能方向发展的一个重要内

容,它能有效地提高获取目标信息的能力,为提高目标分类的精度提供

了有力的工具。

2SAR系统记录的后向散射系数，sigma0：

系统参数：波段(X，C，L)，入射角，

极化状态(HH，HV，VH，VV，园极化，椭圆极化)

目标特性参数：

•几何特性：粗糙度，几何形态，方向方位，

点目标，面散射，体散射

•介电特性：主要与含水量相关，也与含盐量有关

󰂋长期以来，目标雷达特性的研究由于各种条件的限制只限于对其

有效散射截面的描述。然而，对结构和性质各异的不同目标，笼

统地用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙。

3

ERS-2VVRADARSAT HH

Avon-Severn confluence

4󰂋雷达发射的电磁波在目标表面感应电流而进行辐射，从而产生散射电

磁波。散射波的性质不同于入射波的性质，这是由于目标对入射电磁

波的调制效应所致。这种调制效应由目标本身的物理结构特性决定，

不同目标对相同入射波具有不同的调制特性。

󰂋目标在电磁波照射下，存在着变极化效应。也就是说，目标散射场的

极化取决于入射场的极化，但通常与入射电磁波的极化不一致，目标

对入射电磁波有着特定的极化变换作用，其变换关系由入射波的频

率、目标形状、尺寸、结构和取向等因素决定。

5

6Illustration of how different polarizations (HH, VV, HV & colour

composite) bring out different features in an agricultural scene

7

8内容纲要

󰂋一.电磁波极化特征及其表征

󰂋二.目标极化散射特性的表征

󰂋三.极化雷达天线系统

󰂋四.地物极化特性的理解

󰂋五.极化图像的统计特征

󰂋六.极化SAR分类

9一.电磁波极化特征及其表征

极化的概念

󰂋极化SAR是获取、处理、分析电磁场极化状态的科学。

󰂋雷达极化的全面理解需要单频电磁波（完全极化波）和有

限频谱波（部分极化波）的知识。

󰂋在雷达遥感中，电磁波的电场特性被称为极化

(Polarization)，它与所选择的空间坐标系是无关的。在光

学遥感中，则称为偏振。

10极化的概念

󰂋平面电磁波的电矢量在直角

坐标系中可以分解为水平和

垂直两个分量，而这两个分

量之间的相对关系就构成了

平面电磁波的极化方式。

󰂋通常可以用极化椭圆、

Poincare球和Stokes向量

来描述平面电磁波的极化状

态。

极化椭圆

()

)cos()(),(

0kztEezEtzE

xti

xx−=ℜ=ωωrr

()

)cos()(),(

00δωω+−=ℜ=kztEezEtzE

yti

yyrr我们建立笛卡尔坐标系，并使z

轴同平面波的传播方向平行。

由麦克斯韦方程，可求出平面

波的解为：

11极化椭圆

󰂋消去项

()()

00

0cos)cos(cos),(

δωδkzt

EtzE

xx−=r

()()()

00

0sin)sin(coscos),(

δωδωkztkzt

EtzE

yy−−−=r

()()()

0

00

0sinsin),(

cos),(

δωδkzt

EtzE

EtzE

yy

xx−=−rr

()2

0),(

1sin

⎟⎟

⎠⎞

⎜⎜

⎝⎛

−=−

xx

EtzE

kztω()

kzt−ω

极化椭圆

󰂋当时，可以得到一个椭圆代

数方程：

󰂋根据上式，我们可以绘制出电磁波的电场

向量的轨迹图，它是一个带有方向性的椭

圆。0,0,0≠≠≠δ

yxEE

12极化椭圆

󰂋通常，在垂直于传播方向的平面内的电场矢量的轨迹为一

椭圆，即电磁波为椭圆极化的，在特殊情况下，表征为线

极化和圆极化。

13椭圆率角椭圆倾角极化椭圆的几个参数

极化的旋向

εε

ε

14󰂋另一种表示

󰂋上式也可改写为：

󰂋上式中的三个参数就能完全表示出平面电磁波的电场向量

的轨迹，即平面电磁波的极化状态。这样，我们可以定义

Jones向量为：∧∧

+=yExEE

yx

)cos(

xoxxEEδφ+=)cos(

yoyyEEδφ+=

)sincos(δγγj

oeyxEE∧∧

+=

xyoxoyoyoxEEEEEδδδγ−==+=−),/(tan,)(12/122

0

⎥

⎦⎤

⎢

⎣⎡

=

δγγ

jeEJ

sincos

0注意：Jones向量只

适用于完全极化波。

(a)完全极化波

(b)部分极化波

(c)非极化波理想单色完全极化电磁波是不随时间

而变化的，在实际情况中，一个辐射

源产生的电磁波不可能是单色的，而

是由一定的带宽（色散），电磁波的

参量也不是常量，而是一些时间或空

间的函数。电场矢量的端点在传播空

间给定点处描绘出的轨迹也不再是一

个非事变的椭圆，而是一条形状和方

向都随时间变化的类似于椭圆的曲

线，这种电磁波即为部分极化波。

15Stokes向量

󰂋前面讨论的都是完全极化波，即波的两个正交极化分量的

振幅和它们之间的相位差是常数。对于不满足上述条件的

电磁波称为部分极化波，George Stokes在部分极化(准

单色光)的研究，曾于1852年引入了表征一个波的振幅和

极化的四个参数，称为Stokes参数：

George Gabriel Stokes, 1819 -1903, was a

Mathematical Physicist born in Screen, Ireland and

became a professor at Cambridge University.

16Stokes向量

󰂋对于完全极化波，Stokes向量只有三个独立变量，其

关系为：

9Stokes参数可以表示为：

󰂋对于一个完全非极化波，由于, 与完全

不相关。2222

0123gggg=++

||||22

yxaa=

xE

yE2

0

2

1

3

0tan2

sin2Ag

g

g

g

gφ

τ=

=

=0

0

0

0cos(2)cos(2)

sin(2)cos(2)

sin(2)g

g

g

g

gφτ

φτ

τ→⎡⎤

⎢⎥

⎢⎥

=

⎢⎥

⎢⎥

⎣⎦

Stokes向量

󰂋对于部分极化波

9极化度

9Stokes矢量可以分解为全极化分量和非极化分量2222

0123gggg≥++

3

1

0i

ig

P

g==∑

0

1

0

2

31

0cos(2)cos(2)

0sin(2)cos(2)

0sin(2)gpp

gp

gg

gp

gpφτ

φτ

τ→−⎡⎤⎡⎤⎡⎤

⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎢⎥

==+

⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎣⎦⎣⎦⎣⎦

17Poincare球

18Poincare球

󰂋我们可以用Poincare极化球来描述电磁波的所

有极化状态。任意极化状态都可以在Poincare

球上找到对应的一点P。

󰂋P点的经度角和纬度角分别对应极化椭圆倾

角、椭圆率角的两倍。

󰂋由于椭率角的符号代表极化椭圆的方向性，所

以Poincare球的上半部分代表左极化，下半部

分代表右极化。Poincare球赤道上的点表示线

性极化，而在南北两个极点位置上的点分别代

表右、左圆极化。Poincare球的半径大小则代

表电磁波的传输功率大小。

Poincare球

在极化电磁学的研究中，正交极化有着重要的意义。一对正交极化对应着

Poincare球上一条直径的两个端点，即这两个点是对极的。反之，Poincare球

上任意一条直径的两个端点都对应着一对正交极化。

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极化SAR目标相对最优极化研究_余海坤

极化SAR目标相对最优极化研究_余海坤

极化SAR目标相对最优极化研究

余海坤1,2,张永红2,汪云甲1(1.中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221008;2.中国测绘科学研究院,北京100039) 摘 要:极化SAR通过测量地物目标的散射回波得到极化散射矩阵或Stokes矩阵,利用极化合成技术得到任意发射和接收极化组合下的天线接收功率。目标相对最优极化就是选取一种收发极化状态使得研究目标和背景地物的接收功率对比度达到最大。文中首先分析了目标相对最优极化的模型,指出了它们的优缺点,然后提出了一种新的改进模型,并用交替迭代方法进行了模型的解算,最后结合荷兰Flevoland地区全极化数据作了试验,证明了其有效性和正确性。关键词:极化SAR;目标相对最优极化;模型中图分类号:TN958 文献标识码:A 文章编号:1672-2337(2006)05-0297-04

ResearchonOptimizationofPolarimetricContrastEnhancementofPolarimetricSARYUHa-ikun1,2,ZHANGYong-hong2,WANGYun-jia1(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China;2.ChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100039,China) Abstract: PolarimetricSARmeasurestheamplitudeandthephaseofscatteringechotogetthecomplexscatteringmatrixorStokesmatrixofgroundtargets.Thepowerreceivedbytheantennaatanyellipseorien-tationandellipticityanglecanbecalculatedusingthetechniqueofpolarizationsynthesis.Theaimoftheopt-imizationofpolarizationcontrastenhancement(OPCE)istofindaspecificconfigurationoftransmissionandreceptionantennatogetthebestcontrastbetweenthetargetandthebackground.ThepaperdiscussestheOPCEproblem.Firstofall,themodelsusedareanalyzedandthefaultsarepointedout.Thenanimprovedmodelandanalternatelyiterativecalculationmethodarederived.Testbasedonthequad-polarizationdataofFlevolandintheNetherlandshasbeenmade.Itprovesthecorrectnessandvalidityofthemethod.Keywords: polarimetricSAR;OPCE;model

紧缩极化sar特征提取

紧缩极化sar特征提取

紧缩极化sar特征提取

紧缩极化SAR特征提取是指在合成孔径雷达（SAR）图像中提取极化特征的过程。合成孔径雷达使用的是一种具有多个接收天线的雷达系统，可以通过测量反射信号的相干性来获取地物的极化信息。

紧缩极化SAR特征提取主要包括以下几个步骤：

1. 数据预处理：对采集到的SAR数据进行校正和去噪处理，以消除噪声和其他干扰因素的影响。

2. 极化散射矩阵计算：通过对接收到的SAR数据进行处理，可以得到地物的极化散射矩阵。极化散射矩阵描述了地物对SAR信号的反射特性，可以用来提取极化特征。

3. 极化特征提取：从极化散射矩阵中提取出不同的极化特征，如极化散射系数（polarimetric scattering coefficients）、极化幅度（polarimetric amplitude）和极化相位（polarimetric phase）等。这些特征可以用来表示地物的散射特性、形状和结构等信息。

4. 特征选择和降维：对提取出的极化特征进行选择和降维，以减少特征的维度，提高处理效率和分类性能。

5. 应用：将提取出的极化特征用于目标识别、地物分类、环境监测等应用中，可以帮助提高对地物的识别和分类准确性。

总之，紧缩极化SAR特征提取是通过对SAR数据进行处理和分析，提取出地物的极化特征，以帮助实现对地物的识别和分类，具有广泛的应用前景。

sar指标原理

sar指标原理

1 sar指标原理

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种主动遥感技术，通过雷达信号的处理和合成孔径的原理来生成高分辨率的雷达图像。以下是SAR指标的原理的详细介绍：

1. 合成孔径雷达的基本原理：

* SAR是一种通过接收雷达信号的反射波，利用运动平台（通常是航空器或卫星）的运动合成有效孔径的雷达系统。传统雷达的分辨率受到天线孔径大小的限制，而SAR通过处理接收到的信号，使得合成孔径长度相当于运动平台的移动距离，从而获得高分辨率图像。

2. 运动平台的运动对孔径合成的影响：

* 运动平台的运动（通常是飞行或轨道运动）导致了雷达波束在地面上沿航向方向形成多个观测点。这一系列的观测点可以被视为具有增加孔径长度的效果，从而提高了图像的分辨率。

3. 脉冲压缩技术：

* 为了实现高分辨率，SAR使用脉冲压缩技术。这意味着雷达信号的脉冲宽度被压缩，从而提高了距离分辨率。这种技术通过在接收信号中应用一种匹配滤波器来实现，确保只有从目标返回的信号被保留，而其他杂散信号被最小化。

4. 干涉SAR（InSAR）：

* InSAR是SAR的一种变体，利用两次或多次的雷达观测数据，通过比较不同时间点的相位差异，可以提供地表形变、沉降和其他地形变化的信息。InSAR的原理涉及到波束间的相干性比较，从而获取高精度的地表高程信息。

5. 极化SAR： 2 * 极化SAR使用不同极化方式的雷达波，如水平极化和垂直极化，以获得地物的不同特征信息。极化SAR的原理涉及到波的相对方向和反射特性，可用于土地覆盖分类和监测。

6. 应用领域：

* SAR在地球观测、军事侦察、资源监测、环境监测等领域都有广泛的应用。由于其高分辨率、遥感能力强、无受天气限制等优势，SAR成为了空间遥感技术中的重要组成部分。

综上所述，SAR指标的原理基于合成孔径雷达系统的技术，通过合成孔径、脉冲压缩等方法实现高分辨率、多极化、变形监测等功能，使其在各种应用中发挥着重要作用。

紧缩极化sar特征提取 2

紧缩极化sar特征提取 2

紧缩极化sar特征提取

紧缩极化SAR特征提取是合成孔径雷达（SAR）图像处理中的一项关键任务，用于提取出图像中的有用信息。

紧缩极化SAR特征提取的目的是根据SAR图像的极化信息，提取出与目标物体相关的特征信息，常用的特征包括散射机制特征、极化散射矩阵特征、散射相位中心特征等。

紧缩极化SAR特征提取的方法主要包括以下几种：

1. 极化分解方法：将极化散射矩阵分解为各向同性散射（Isotropic Scattering, IS）、单方向散射（Single-Scattering）、双方向散射（Double-Scattering）等不同散射机制的分量，从而提取出与目标有关的特征。

2. 极化特征参数提取方法：通过计算SAR图像中的极化特征参数，如极化度（Polarization Degree）、极化相干矩阵（Polarimetric Coherency Matrix）等，来描述目标的极化特性。

3. 极化纹理特征提取方法：通过计算SAR图像的统计特征，如SAR图像的纹理特征、纹理熵等，来提取目标的特征。

4. 极化相干矩阵分解方法：将极化相干矩阵分解为不同分量，如体元散射矩阵（Volume Scattering Matrix, VSM）和界面散射矩阵（Surface Scattering Matrix, SSM），从而提取出与目标有关的特征。

紧缩极化SAR特征提取在目标检测、分类、识别等应用中起着重要的作用，可以提高SAR图像的解译能力和目标信息的提取效果。