一种受Faraday旋转变化影响的雷达目标后向散射模拟方法

摘要

本发明提供了一种受Faraday旋转变化影响的雷达目标后向散射模拟方法，包括：获取同一场景的四幅校准各种误差影响后的全极化SAR复图像；获取目标的极化散射矩阵S；计算每个脉冲发射时刻由电离层TEC值引起的Faraday旋转角Ω；计算受Faraday旋转变化影响的极化散射矩阵O；获取受Faraday旋转影响的后向散射系数；将受Faraday旋转变化影响的后向散射系数带入到SAR回波表达式，做成像处理及相应的分析。采用本方法，可模拟任意Faraday旋转变化对后向散射系数及SAR成像的影响。而且，基于已有的SAR图像模拟受Faraday旋转变化影响的雷达目标后向散射系数，简单有效。

主权项

一种受Faraday旋转变化影响的SAR目标后向散射模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、获取同一场景的四幅全极化SAR复图像，且该四幅图像是校准各种误差影响后的图像；第二步、获取目标的极化散射矩阵S：以分辨单元为单位，在四幅复图像中分别取得该分辨单元对应的复像素值，作为极化散射矩阵S中相应的元素，该极化散射矩阵S表示如下：$S=\left[\begin{array}{cc}{S}_{hh}& S_{hv}\\ S_{vh}& S_{vv}\end{array}\right],$上式中，S为一个2×2阶的矩阵，S_hh、S_hv、S_vh、S_vv为分别在四幅复图像中取得的复像素值，h表示水平极化，v表示垂直极化；第三步、根据下面的公式计算每个脉冲发射时刻由电离层TEC引起的Faraday旋转角Ω：$\Omega =2.36\times {10}^4\frac{B_{av}}{{f_c}^2}TEC,$式中，B_av为地磁场沿传播路径上的平均值，f_c为发射信号的载频，TEC为SAR信号传播路径上的电离层总电子含量；第四步、根据下面的公式计算受Faraday旋转变化影响的极化散射矩阵O：O＝F·S·F，式中，S为第二步中获取的极化散射矩阵，F表示Faraday旋转对目标散射特性的影响，其表达式为$F=\left[\begin{array}{cc}cos\Omega & sin\Omega \\ -sin\Omega & \cos \Omega \end{array}\right],$O的表达式为$O=\left[\begin{array}{cc}{O}_{hh}& O_{hv}\\ O_{vh}& O_{vv}\end{array}\right],$其中，h表示水平极化，v表示垂直极化；第五步、根据下面的公式计算受Faraday旋转影响的观测到的后向散射系数,即，两个同极化通道观测到的后向散射系数P_hh、P_vv，两个交叉极化通道观测到的后向散射系数P_hv、P_vh：P_hh＝O_hh，P_vv＝O_vv，P_vh＝O_vh，P_hv＝O_hv；第六步、将第五步中获取的观测到的后向散射系数带入下面的SAR回波信号表达式中，对该回波信号表达式表述的回波信号进行成像处理，并对成像结果做相应的分析，下式中，X分别代表P_hh、P_vh、P_hv、P_vv，以分别分析Faraday旋转变化对水平极化发射水平极化接收信号成像、对水平极化发射垂直极化接收信号成像、对垂直极化发射水平极化接收信号成像、对垂直极化发射垂直极化接收信号成像的影响：$\begin{array}{c}s\left(t,t_m\right)=X·rect\left[t-\frac{2R\left(t_m,R_B\right)}{c}\right]·w_a\left(t_m\right)·w_r\left[t-\frac{2R\left(t_m,R_B\right)}{c}\right]·\\ \exp \left\{j2{\mathrm{\pi f}}_c\left[t-\frac{2R\left(t_m,R_B\right)}{c}\right]+j\pi \gamma {\left[t-\frac{2R\left(t_m,R_B\right)}{c}\right]}^2\right\}\end{array}$上式中，j为虚数单位，j＝sqrt(‑1)；t、t_m分别为距离向时间、方位向时间；c为光速；w_a(t_m)、分别为方位向天线方向图、距离向天线方向图；f_c为载频；γ为调频率；R_B为目标与SAR之间的最近距离；R(t_m,R_B)为时刻t_m时SAR与目标之间的瞬时斜距。