基于高分辨率全极化SAR图像的取向角校正方法

孙翔 宋红军 王宇 李宁

孙翔, 宋红军, 王宇, 李宁. 基于高分辨率全极化SAR图像的取向角校正方法[J]. 雷达学报, 2018, 7(4): 465-474. doi: 10.12000/JR18026
引用本文: 孙翔, 宋红军, 王宇, 李宁. 基于高分辨率全极化SAR图像的取向角校正方法[J]. 雷达学报, 2018, 7(4): 465-474. doi: 10.12000/JR18026
Sun Xiang, Song Hongjun, Wang Robert, Li Ning. POA Correction Method Using High-resolution Full-polarization SAR Image[J]. Journal of Radars, 2018, 7(4): 465-474. doi: 10.12000/JR18026
Citation: Sun Xiang, Song Hongjun, Wang Robert, Li Ning. POA Correction Method Using High-resolution Full-polarization SAR Image[J]. Journal of Radars, 2018, 7(4): 465-474. doi: 10.12000/JR18026

基于高分辨率全极化SAR图像的取向角校正方法

DOI: 10.12000/JR18026
基金项目: 国家高分重大专项
详细信息
    作者简介:

    孙翔:孙   翔(1990–),女,籍贯浙江绍兴,中国科学院电子学研究所博士研究生,主要研究方向为极化干涉合成孔径雷达系统及信号处理。E-mail: feixiang19913@163.com

    宋红军(1968–),男,中国科学院电子学研究所研究员,博士生导师,研究方向为SAR系统仿真、成像新体制研究、信号处理。E-mail: hjsong@mail.ie.ac.cn

    王宇:王   宇(1980–),男,河南人,现为中国科学院电子学研究所研究员,博士生导师,研究方向为SAR系统设计与信号处理技术。E-mail: yuwang@mail.ie.ac.cn

    李宁:李   宁(1987–),男,安徽人,毕业于中国科学院电子学研究所,获得博士学位,现为河南大学教授,研究方向为多模式合成孔径雷达成像及其应用技术。E-mail: lining_nuaa@163.com

    通讯作者:

    孙翔   feixiang19913@163.com

POA Correction Method Using High-resolution Full-polarization SAR Image

Funds: The Key Standard Technologies of National High Resolution Special
  • 摘要: 城市地区极化分解对于监测城市扩张速度并研究其对生态环境的影响非常重要。全极化合成孔径雷达(PolSAR)允许我们使用极化目标分解方法来检测地物散射机制,是一种对城区变化进行监测的手段。然而,目标的极化方向角(POA)会影响极化分解结果,导致体散射过估等问题,使得极化分解结果不能正确地体现目标的散射机理。传统的去取向方法只对主导极化方向角较小的地区起到去取向的作用,对取向角较大区域没有明显的效果。该文针对以上问题提出了一种基于高分辨率城市区域图像的POA校正方法。首先,高分辨率图像中城市建筑区域的POA会因为地物变化出现跳变的现象,可以利用POA的随机性对城市地区的范围进行估计。其次,使用线性逼近方法来获取城区中使交叉极化项最小的POA。利用该文提出的POA校正算法,可以使取向角导致的误分解问题得到缓解,提高分解结果的准确度。该算法使用2009年于四川都江堰地区获取的机载X波段全极化数据进行验证,得到了明显的改进结果,城市区域的体散射分量得到了显著的提升。

     

  • 图  1  极化方向角示意图

    Figure  1.  Polarization orientation angle

    图  2  四川省都江堰地区全极化图像

    Figure  2.  Polarimetric image of the Dujiangyan area, China

    图  3  基于取向角旋转的高分辨率图像分解方法流程图

    Figure  3.  The flowchart of POA correction method

    图  4  算法流程第1部分OP计算工具图

    Figure  4.  The images used to count OP in the first part of the flowchart

    图  6  都江堰地区光学图像

    Figure  6.  Optical map of the Dujiangyan area, China

    图  5  异构参数数值

    Figure  5.  Statistical graph of heterogeneous parameter

    图  7  A, B, C区域POA分布图

    Figure  7.  Distribution diagram of POA in district A, B and C

    图  8  A, B, C区域异构参数分布图

    Figure  8.  Distribution diagram of heterogeneous parameter in district A, B and C

    图  9  异构参数阈值为7到12时都江堰地区图像状态

    Figure  9.  Approximate results of distinguished built-up areas with different threshold values of the heterogeneous parameter. (a)–(f) Show the results with the thresholds of 7 to 12, respectively

    图  10  传统方法和本文方法计算得到的都江堰地区的取向角

    Figure  10.  POA of the Dujiangyan area calculated by the traditional method and the new method

    图  12  A, B, C地区使用传统算法和本文算法后得到的T33

    Figure  12.  T33 of districts A, B and C after rotation using POAs calculated by the traditional method and the new method

    图  13  A, B, C地区使用新算法进行POA校正后分解结果与Pauli分解算法对比图

    Figure  13.  Pauli decomposition results and results of decomposition using POA correction method proposed in this paper of districts A, B and C, respectively

    图  11  使用基于高分辨率图像的POA校正算法进行去取向后的分解结果

    Figure  11.  Result of Dujiangyan image decomposition using POA correction method proposed in this paper

    表  1  A, B, C区域中交叉极化T33项平均值

    Table  1.   Average T33 of districts A, B and C after rotation using POAs calculated by the traditional method and the new method

    区域 传统方法T33平均值 本文方法T33平均值
    A 4.6321e–08 1.5611e–08
    B 3.5252e–08 3.5252e–08
    C 2.9456e–08 1.3435e–08
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    表  2  A, B, C区域中各散射分量占总功率的百分比

    Table  2.   Percentage of scattering powers with traditional method and the new method

    区域 算法 Ps Pv Pd
    A 传统算法 1.04 84.83 2.69
    本文算法 20.29 62.84 2.84
    B 传统算法 0.74 90.35 2.79
    本文算法 14.72 72.61 10.16
    C 传统算法 29.34 23.60 43.85
    本文算法 18.35 20.73 56.06
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  • [1] 赵春雷, 王亚梁, 阳云龙, 等. 雷达极化信息获取及极化信号处理技术研究综述[J]. 雷达学报, 2016, 5(6): 620–638. DOI: 10.12000/JR16092

    Zhao Chun-lei, Wang Ya-liang, Yang Yun-long, et al. Review of radar polarization information acquisition and polarimetric signal processing techniques[J]. Journal of Radars, 2016, 5(6): 620–638. DOI: 10.12000/JR16092
    [2] Cloude S R and Pottier E. A review of target decomposition theorems in radar polarimetry[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1996, 34(2): 498–518. DOI: 10.1109/36.485127
    [3] 王雪松. 雷达极化技术研究现状与展望[J]. 雷达学报, 2016, 5(2): 119–131. DOI: 10.12000/JR16039

    Wang Xue-song. Status and prospects of radar polarimetry techniques[J]. Journal of Radars, 2016, 5(2): 119–131. DOI: 10.12000/JR16039
    [4] 王超, 张红, 陈曦, 等. 全极化合成孔径雷达图像处理[M]. 北京: 科学出版社, 2008

    Wang Chao, Zhang Hong, Chen Xi, et al.. Full Polarimetric SAR Image Processing[M]. Beijing: Beijing Science Press, 2008
    [5] Krogager E. New decomposition of the radar target scattering matrix[J]. Electronics Letters, 1990, 26(18): 1525–1527. DOI: 10.1049/el:19900979
    [6] Van Zyl J J. Unsupervised classification of scattering behavior using radar polarimetry data[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1989, 27(1): 36–45. DOI: 10.1109/36.20273
    [7] Cloude S R. Target decomposition theorems in radar scattering[J]. Electronics Letters, 1985, 21(1): 22–24. DOI: 10.1049/el:19850018
    [8] Pottier E. Unsupervised classification scheme and topography derivation of POLSAR data based on the H/A/α polarimetric decomposition theorem[C]. Proceedings of the 4th International Workshop on Radar Polarimetry, Nantes, France, 1998: 535–548
    [9] 陈思伟, 李永祯, 王雪松, 等. 极化SAR目标散射旋转域解译理论与应用[J]. 雷达学报, 2017, 6(5): 442–455. DOI: 10.12000/JR17033

    Chen Si-wei, Li Yong-zhen, Wang Xue-song, et al. Polarimetric SAR target scattering interpretation in rotation domain: Theory and application[J]. Journal of Radars, 2017, 6(5): 442–455. DOI: 10.12000/JR17033
    [10] Xu F and Jin Y Q. Deorientation theory of polarimetric scattering targets and application to terrain surface classification[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2005, 43(10): 2351–2364. DOI: 10.1109/TGRS.2005.855064
    [11] Yamaguchi Y, Sato A, Boerner W M, et al. Four-component scattering power decomposition with rotation of coherency matrix[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2011, 49(6): 2251–2258. DOI: 10.1109/TGRS.2010.2099124
    [12] Lee J S, Schuler D L, and Ainsworth T L. Polarimetric SAR data compensation for terrain azimuth slope variation[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2000, 38(5): 2153–2163. DOI: 10.1109/36.868874
    [13] Lee J S, Schuler D L, Ainsworth T L, et al. On the estimation of radar polarization orientation shifts induced by terrain slopes[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002, 40(1): 30–41. DOI: 10.1109/36.981347
    [14] Kimura H. Radar polarization orientation shifts in Built-Up areas[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2008, 5(2): 217–221. DOI: 10.1109/LGRS.2008.915737
    [15] Chen S W, Wang X S, Xiao S P, et al. General polarimetric model-based decomposition for coherency matrix[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2014, 52(3): 1843–1855. DOI: 10.1109/TGRS.2013.2255615
    [16] Chen S W, Ohki M, Shimada M, et al. Deorientation effect investigation for model-based decomposition over oriented Built-Up areas[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2013, 10(2): 273–277. DOI: 10.1109/LGRS.2012.2203577
    [17] Chen S W, Li Y Z, Wang X S, et al. Modeling and interpretation of scattering mechanisms in polarimetric synthetic aperture radar: Advances and perspectives[J]. IEEE Signal Processing Magazine, 2014, 31(4): 79–89. DOI: 10.1109/MSP.2014.2312099
    [18] Chen S W and Sato M. Tsunami damage investigation of built-up areas using multitemporal spaceborne full polarimetric SAR images[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2013, 51(4): 1985–1997. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2210050
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-23
  • 修回日期:  2018-07-02
  • 网络出版日期:  2018-08-28

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