[发明专利]一种全极化多输入多输出合成孔径雷达（FP-MIMO-SAR）的极化校准方法

权利要求书

1.一种全极化多输入多输出合成孔径雷达FP-MIMO-SAR极化校准方法，其特征在于，该方法利用可旋转双天线有源极化校准器RODAPARC和标准金属圆柱定标体实现极化校准，包括如下步骤：

步骤1：利用RODAPARC双站极化散射矩阵(PSM)和可旋转双天线有源极化校准器全极化PARC-FP雷达极化校准模型，对FP-MIMO-SAR中N×4个N组收发通道、每通道4种极化组合进行有源极化校准，获得N组极化校准参数；

步骤2：利用标准金属圆柱定标体进行无源极化校准，对N组极化校准参数进行优化，实现雷达系统的辐射定标、串扰和通道不平衡校准；

所述的RODAPARC双站PSM推导过程如下：

针对双站情况，必须在单站PSM的基础上引入RODAPARC和待校准雷达的收发天线辐射电场，由于RODAPARC和待校准雷达的收发天线均采用喇叭天线，因此可通过惠更斯辐射元简化分析辐射电场的作用；

水平极化惠更斯元的辐射电场为：

垂直极化惠更斯元的辐射电场为：

与水平极化方向呈φ_r旋转角度的惠更斯元辐射电场为：

其中E₀为惠更斯元上的电场值，s为惠更斯元，λ为波长，k为波数，r，θ与φ分别为球坐标系下的径向距离，俯仰和方位角，与分别为球坐标系下惠更斯元辐射电场的俯仰和方位单位矢量；

由于RODAPARC和待校准雷达的收发天线处于同一水平面，φ＝0，并忽略辐射电场前面的系数，则式(1)-(2)可化简为：

其中p^e与p^h分别为惠更斯元的E面和H面辐射电场；旋转角度为φ_r的惠更斯元辐射电场可以通过E面和H面辐射电场进行表示，则待校准雷达和RODAPARC发射和接收天线水平面的惠更斯元辐射场为：

其中和分别为待校准雷达的发射和接收天线惠更斯元的E面和H面辐射电场，和分别为RODAPARC接收和发射天线惠更斯元在旋转角度为φ_r时水平向的辐射电场，和分别为RODAPARC接收和发射天线惠更斯元在E面和H面的辐射电场，和分别为球坐标系下待校准雷达的发射和接收天线惠更斯元辐射电场的俯仰和方位单位矢量，和分别为球坐标系下RODAPARC的接收和发射天线惠更斯元辐射电场的俯仰和方位单位矢量，θ₁为RODAPARC接收天线在待校准雷达发射天线坐标系下的方位角，θ₂为待校准雷达发射天线在RODAPARC接收天线坐标系下的方位角，θ₃为待校准雷达接收天线在RODAPARC发射天线坐标系下的方位角，θ₄为RODAPARC发射天线在待校准雷达接收天线坐标系下的方位角；

根据RODAPARC与待校准雷达收发天线的关系，可以列出4条RODAPARC收发路径上的惠更斯元辐射电场乘积：

其中和分别为待校准雷达的发射和接收天线惠更斯元的E面和H面辐射电场值，和分别为RODAPARC接收和发射天线惠更斯元在E面和H面的辐射电场值；

通过对惠更斯元的辐射电场进行口面积分可得到喇叭天线的辐射电场，可得到4条RODAPARC收发路径等式关系：

其中和分别为雷达发射和接收的水平和垂直极化电场值，P_r和P_t分别为RODAPARC接收和发射的电场值，和分别为待校准雷达的发射和接收天线的E面和H面辐射电场值，和分别为RODAPARC接收和发射天线的E面和H面辐射电场值；

根据RODAPARC的PSM通用表达式：

其中，σ为RODAPARC的雷达散射截面，J_T为RODAPARC发射的Jones矢量基，J_R为接收的Jones矢量基；

可写出RODAPARC双站状态时收发路径的Jones矢量基：

得到RODAPARC双站PSM表达式为：

所述的PARC-FP雷达极化校准模型推导过程如下：

8参数的FP雷达极化校准模型为：

其中，M_HH，M_HV，M_VH，M_VV为4种极化状态的测量数据，S_HH，S_HV，S_VH，S_VV为4种极化状态的校准后数据，和代表4种极化组合的通道不平衡，和代表4种极化组合的串扰，运算符⊙代表矩阵元素之间点乘；

引入4个调节因子和代表RODAPARC自身的各极化通道的串扰，构成具有参数的的极化校准模型：

对12参数模型进行化简：

由于串扰与调节因子均为很小的量，故省略2阶项，简化为PARC-FP雷达极化校准模型：

其中和a、b、c和d分别为调节系数；

所述的无源极化校准，包括：FP-MIMO-SAR对标准金属圆柱定标体进行测量，并利用有源极化校准得到的极化校准参数对测量数据进行极化校准，通过4个调节系数优化校准后的数据，优化准则为：金属圆柱PSM中为0的极化项校准前后的差值为主要优化条件，其差值越大越好；校准后数据的变化范围为辅助优化条件，保证校准前后的数据变化趋势基本一致，最终确定调节系数，得到系统的全部极化校准参数。

2.根据权利要求1所述的一种全极化多输入多输出合成孔径雷达FP-MIMO-SAR极化校准方法，其特征在于，所述的有源极化校准，包括：确定FP-MIMO-SAR中发射天线和接收天线的位置坐标，对每个通道的双站角和方向图进行补偿，使其等效为单站情况，再通过单站的RODAPARC极化校准方法进行校准，RODAPARC的优点之一就是可以通过双天线的不同姿态组合构成多种RODAPARC的PSM，即可以采用傅里叶分析的极化校准方法和多种静态极化校准的方法，通过有源极化校准可获得带有4个调节系数的极化校准参数。