自然资源部第一海洋研究所张晰获国家专利权
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龙图腾网获悉自然资源部第一海洋研究所申请的专利基于极化自相关矩阵的SAR极化测量方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118444313B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-04-04发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410522164.4,技术领域涉及:G01S13/90;该发明授权基于极化自相关矩阵的SAR极化测量方法及系统是由张晰;刘根旺;曹成会设计研发完成,并于2024-04-28向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于极化自相关矩阵的SAR极化测量方法及系统在说明书摘要公布了:本发明属于雷达监测技术领域,公开了基于极化自相关矩阵的SAR极化测量方法及系统。利用极化自相关矩阵可以在频域中捕获隐藏的多普勒信息,并使用高阶统计方法将其编码到相位中。该矩阵通过矩阵分析能方便地从极化SARPolSAR数据中提取和分析极化通道间的极化和多普勒信息与特征。本发明提出了极化自相关矩阵可以分解为与多普勒矩阵和高阶协方差矩阵。这些矩阵的幅度和相位可以刻画不同极化间的多普勒频移和后向散射系数的方差。本发明表明,多普勒频移不仅受目标的径向速度影响,而且受到雷达极化方式的影响。新的描述符以及新的参数可以检测人造目标和海冰,降低移动目标引起的模糊,并指示船只目标和洋流的运动状态。
本发明授权基于极化自相关矩阵的SAR极化测量方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种基于极化自相关矩阵的SAR极化测量方法,其特征在于,该方法包括:S1,通过自相关运算从极化协方差矩阵中获取极化自相关矩阵;S2,通过获取的极化自相关矩阵在频域中捕获隐藏的多普勒信息,并使用高阶统计方法将多普勒信息编码到相位中;S3,基于极化自相关矩阵,利用矩阵分析从PolSAR数据中同时提取极化和多普勒特征;在步骤S1中,通过自相关运算从极化协方差矩阵中获取极化自相关矩阵,包括:第一步,进行极化自相关矩阵定义;第二步,获取极化自相关矩阵的元素;第三步,获得极化自相关矩阵;在第一步中,进行极化自相关矩阵定义,包括:在PolSAR系统中,Sinclair散射矩阵表示为: ;式中,为Sinclair散射矩阵,为水平极化到水平极化的散射系数,为水平极化到垂直极化的散射系数,为垂直极化到水平极化的散射系数,为垂直极化到垂直极化的散射系数;在单站SAR条件下,公式(1)满足互易定理,即;协方差矩阵通过对Sinclair散射矩阵[S]的散射向量与其共轭转置的外积进行计算,得到; (2);式中,为协方差矩阵,表示共轭转置,为散射向量,为散射向量的复共轭转置;计算协方差矩阵中每个元素的自相关函数,符号表示对矩阵中每个元素进行的自相关运算,极化自相关矩阵[A]的定义为: (3);式中,A与均表示极化自相关矩阵,为自相关运算;在第二步中,获取极化自相关矩阵的元素,包括:通过重新整理公式(3),得到: (4);式中,表示极化自相关矩阵中的元素,;为实数,互为复共轭; ;式中,与分别表示自相关运算和求期望;在PolSAR图像中,是方位方向上的行数,是沿方位方向两个样本之间的间隔,表示共轭转置;下面以A11和A13为例进行详细的公式推导;A11重写为: (5); A 11分为以下两部分: (6);其中: ;同理,A13分解为两个部分的和,表达式为: ; (7);式中,表示协方差,A11和A13是极化自相关矩阵中的元素; 分别表示极化自相关矩阵的第一个元素以及其对应的Dop项和Cov;其中: ;通过参考A11和A13,建立矩阵[A]中所有元素的表达式: (8);式中,是三种极化的后向散射系数集平均,是三种极化的后向散射系数的标准差,分别是HH、VV和HV极化的多普勒质心(Dopplercentroid,DC),是和之间的相关性系数,和的定义方式与相同;为自然对数,为虚数单位,为脉冲重复周期;在第三步中,获得极化自相关矩阵,包括:根据公式(8),极化自相关矩阵的每个元素分为Dop项和Cov项;因此,极化自相关矩阵写成多普勒相关矩阵[ADop]和协方差相关矩阵[ACov]的和,如下所示: (9);其中, ;其中,为多普勒相关矩阵中的元素,为协方差相关矩阵中的元素,;极化自相关矩阵的每个元素分为Dop项和Cov项;因此,极化自相关矩阵写成多普勒相关矩阵[ADop]和协方差相关矩阵[ACov]的和;,,和多普勒频移和频谱展宽的偏差程度表示相位值;在步骤S2中,通过获取的极化自相关矩阵在频域中捕获隐藏的多普勒信息,并使用高阶统计方法将多普勒信息编码到相位中,包括:步骤1,从一个2×2的Sinclair散射矩阵S中生成一个3×3的矩阵: ;步骤2,分别在一个滑动窗口内计算,,和的集平均;设置k为1;滑动窗口大小设置为常见值;步骤3,在相同大小的滑动窗口内,使用公式(3)对中的每个元素应用自相关运算,以获得极化自相关矩阵[A];步骤4,通过公式(10)计算极化自相关矩阵[A]的多普勒项[ADop];步骤5,通过公式(11)计算极化自相关矩阵[A]的高阶协方差项[ACov];在步骤4中,多普勒相关矩阵[ADop]的秩为1,表示为两个一维向量的乘积: (10);其中,kDop被定义为: ;协方差相关矩阵[ACov]通过从极化自相关矩阵[A]中减去多普勒相关矩阵[ADop]计算得到,表达式为: 。
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