雷達極化信息獲取與處理的研究進展

代大海　廖　斌　肖順平　王雪松

①(國防科學技術大學電子科學與工程學院　長沙　410073)

②(國防科學技術大學電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室　長沙　410073)

雷達極化信息獲取與處理的研究進展

代大海*①②廖斌①②肖順平②王雪松②

①(國防科學技術大學電子科學與工程學院長沙410073)

②(國防科學技術大學電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室長沙410073)

雷達極化信息獲取與處理已成為當前雷達技術的重要分支之一。該文首先簡要回顧了雷達極化技術的發展歷程，而后結合電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室的研究成果，重點闡述了雷達極化測量與校準、極化抗干擾、極化特征提取與分類識別、極化成像與參數反演等關鍵技術的基本原理、研究現狀與發展趨勢，得出了一些有意義的結論。

極化測量；極化校準；極化濾波；有源假目標鑒別；極化雷達成像；雷達目標識別

引用格式：代大海, 廖斌, 肖順平, 等.雷達極化信息獲取與處理的研究進展[J].雷達學報, 2016, 5(2): 143–155.DOI: 10.12000/JR15103.

Reference format: Dai Dahai, Liao Bin, Xiao Shunping, et al..Advancements on radar polarization information acquisition and processing[J].Journal of Radars, 2016, 5(2): 143–155.DOI: 10.12000/JR15103.

1　引言

極化作為矢量波共有的一種性質，在紅外、光學、雷達等領域均受到了廣泛關注。就雷達而言，極化反映了電磁波的矢量特性，是電磁波除時域、頻域和空域信息以外的又一可資利用的重要信息，充分挖掘極化信息為現代雷達探測系統性能的改善提供了廣闊的空間[1–7]。自1946年G.Sinclair提出雷達目標的極化散射矩陣的概念以來，雷達極化技術已經經歷了60余年的研究[3]。相關的參考文獻和研究成果非常豐富，積累了一大批基礎性研究成果并逐漸邁入實用階段，已有相當數量的極化雷達相繼問世。美、歐、日、俄、加拿大等國相繼研發了能實現對地全極化觀測的全極化機載/星載合成孔徑雷達(SAR)系統[8–15]，據信美國導彈防御系統的核心GBR雷達就采用了極化技術[16,17]。這些眾多極化雷達系統在現代國防中獲得的廣泛應用標志著極化雷達系統發展水平的高低已經成為衡量一個國家軍事力量與綜合國力水平的重要標志之一，其發展受到各國越來越多的重視。

雷達極化技術的發展大致可以分為4個階段：第1個階段即從20世紀40年代到50年代末期的第1次研究高潮。以Sinclair、Kennaugh以及Gent等人的工作為代表，研究內容為極化散射矩陣的概念提出與界定、最優極化理論、雷達目標和地物雜波極化測量與極化特性研究等[3,4]。第2個階段即從20世紀50 年代末期開始，包括了整個60年代和70年代初期的短暫低潮。不過也恰在這一時期，美國在彈道導彈防御和近地空間/深空探測等項目的牽引下研制了一系列大型空間探測和深空探測極化雷達[18,19](包括Millstone Hill雷達[20]、AMRAD雷達[21]等)。從某種意義上說，正是這些大型極化雷達在目標檢測和目標識別方面體現出良好的性能催生了第3個階段的研究熱潮。第3個階段即從20世紀70年代至80年代末的再次高潮，以1970年J.R.Huynen的博士論文《雷達目標唯象學理論》為開端，闡述了極化散射矩陣元素與目標結構屬性之間的內在聯系，并指出了利用極化信息進行目標分類和識別的可能性[22]。1986年，Guili發表長篇極化綜述性文章，標志著窄帶雷達極化問題的研究已基本發展成熟[4]。第4個階段即從20世紀90年代至今的持續高潮期。這一階段，有大量的極化雷達系統尤其是寬帶極化成像雷達系統研制成功并投入使用[8–17,23,24]，獲得的大量極化數據又促進了雷達極化信息處理及其應用研究的大發展。

特別是近年來，隨著人們對目標電磁散射特性認識的逐步深入以及極化散射測量技術的發展，雷達極化信息處理問題引起了廣泛的關注[5]。寬帶信號理論和技術、極化散射測量、雷達成像等技術迅猛發展，微波器件工藝水平不斷提高，雷達體制發生了極為深刻的變革，具有高分辨成像能力、全極化測量或極化捷變能力的現代雷達迅速崛起，逐漸取代了傳統的低分辨和單極化體制雷達而成為現代雷達技術發展的主流，從而極大地增強并擴展了雷達的探測功能和應用范圍[6,7,24]。可以說，雷達極化信息獲取與處理已成為當前雷達技術的重要分支之一，其研究內容既包括電磁波與雷達目標的極化表征[1,3,4]、雷達目標極化特性[3,6,7,25–27]、極化測量與數據校準[16,28,29]等基礎理論問題，又包括極化濾波[30–41]、極化檢測[23,42–50]、極化優化與增強[3,4,36]、極化跟蹤與關聯[37]、極化成像[23,24,51,52]等矢量信號處理問題，還包括極化特征提取[6,7,53–57]、極化鑒別[16,17,58–62]、極化分類與識別反演[23,24,51,63–65]等雷達目標識別問題，涉及到雷達基礎理論、電子對抗、模式識別等多個領域。限于篇幅，下面結合我們近20年的研究積累，重點介紹雷達極化測量、極化抗干擾、極化特征提取與分類識別、極化成像與參數反演等若干極化信息獲取與處理的關鍵技術。

2　極化測量與極化校準技術

一般地，目標的極化特性可以用極化散射矩陣來描述，目標的極化散射矩陣與目標結構、形狀、材料、姿態、入射波頻率等諸多因素有關。雷達目標極化散射矩陣測量技術(簡稱“極化測量”)是極化信息獲取與處理領域的基礎問題，如何準確獲取目標的極化特性信息，并加以有效利用，長期以來一直是雷達探測技術領域備受關注的前沿問題。

2.1極化測量

早期的極化測量雷達采用單極化發射、全極化接收的模式。如前面提到的Millstone Hill雷達[20]、AMRAD雷達[21]，都屬于這種模式。這種極化測量體制通過對兩接收極化通道信號的融合，可將信噪比平均提高幾個分貝，保證了對目標穩定的檢測性能；此外，還可以對固定極化干擾進行抑制。但是，這種極化測量體制的雷達無法獲取完整的目標極化散射特性信息，僅能夠測量目標散射矩陣的一列元素。

分時極化測量體制是最早出現的全極化測量體制，即通過兩個正交極化通道“輪流發射、同時接收”，雷達在相鄰脈沖重復周期內可以輪流測得目標極化散射矩陣的兩列，從而得到整個極化散射矩陣的估計。這種體制也是目前應用最多的，如美國JPL實驗室的CV-990、DC-8、SIR-C, MIT Lincoln實驗室的ADTS和加拿大CCRS/DREO的極化SAR系統等。然而，理論計算和測量實驗表明，雷達目標的極化散射矩陣往往對姿態十分敏感。對于高速導彈目標的特性測量等諸多實際應用場合，在雷達的兩次相鄰觀測期間，目標相對于雷達的空間位置和觀測姿態均已發生變化，這意味著雷達的兩次相鄰測得的兩個2維列矢量不是來源于同一個極化散射矩陣，因此不能得到目標完整的極化散射矩陣，這是分時極化測量在對動目標測量時的固有缺陷。

由于分時極化的固有缺陷，Giuli等人提出同時極化測量體制[28,29]，即采用兩個正交極化通道“同時發射、同時接收”，在單個脈沖內即可完成全極化測量。相較于分時極化測量體制，同時極化測量體制具有顯著優勢，二者的比較見表1。考慮到分時極化雷達無法準確測量的運動目標的散射矩陣，所以研究切實可行的同時極化測量體制是目前極化測量技術的發展趨勢[66]。

2.2極化校準

準確的極化測量是準確理解和利用蘊藏于雷達測量數據中的目標極化散射信息的前提，然而，通常情況下，雷達在實際的極化測量過程中不可避免會受到噪聲和雜波、天線空域極化特性以及極化通道不平衡等非理想因素的影響，使得極化雷達的測量值偏離真實值。由于噪聲、雜波以及雷達系統本身的非理想因素不可避免，因此極化雷達的測量誤差無法完全消除，只能對其進行極化校準。

1986年，R.M.Barnes利用乘性誤差矩陣和加性誤差矩陣對極化測量誤差進行建模[67]，并提出通過測量極化散射矩陣已知的定標體來反推誤差矩陣，實現誤差校準，該方法被普遍接受，并得到了廣泛應用[1,68–70]。

表1　分時極化和同時極化優缺點比較Tab.1　Compare between time-diversity polarization and simultaneous polarization

根據極化測量體制的不同，極化校準方法分為常規的針對分時極化測量體制的極化校準方法和針對同時極化測量體制(瞬時極化測量)的瞬時極化校準方法[68]。按照定標體的不同，又分為基于無源定標體的極化校準方法和基于有源變極化發射器(Polarimetric Active Radar Calibrator, PARC)的極化校準方法[69]。其中基于無源定標體的極化校準方法又分為基于典型點目標標準體的極化校準方法和基于分布式地物目標的極化校準方法[71]，后者在機載、星載極化SAR校準中應用廣泛[70]。此外，還有一些結合了以上極化校準方法的優點的綜合極化校準方法[70,72]。

3　極化抗干擾

隨著現代戰場電磁環境的日益復雜惡劣，極化信息在雷達抗干擾中的作用已是不容忽視的，極化抗干擾也一直是雷達極化信息處理領域的一個關注熱點。按照對抗干擾的類型，極化抗干擾技術又可分為兩類：一類是抗噪聲抑制類干擾，通常稱為極化濾波；另一類是抗有源假目標欺騙干擾。

3.1極化濾波

極化濾波的基本思想是調節接收系統的極化方式，使之在盡可能保留目標信號的同時，最大限度地有效地抑制干擾信號，其核心在干擾極化狀態的估計和權值的計算上，其本質上歸結為對混雜在干擾背景中有用信號的最佳接收，在數學上抽象為線性或非線性最優化問題，優化準則主要有信號功率最大化、干擾功率最小化、信號干擾噪聲比(Signal Interferer Noise Ratio, SINR)最大化等。早期的雷達變極化主要是使用極化罩或變極化柵，因此實現起來有相當難度，也難以實現自適應處理。直到1981年荷蘭SHAPE技術中心A.J.Poelman提出了虛擬極化適配(Virtual Polarimetric Adapter, VPA)的概念，利用虛擬極化適配技術，對兩路極化正交信號進行復加權求和，等效于對回波信號進行極化濾波處理，大大降低了濾波器的現實成本和復雜程度。圖1給出了包含預處理的極化自適應濾波器處理流程圖。圖2給出了經過極化自適應濾波前后的信號頻譜，由于干擾被對消，目標信號頻譜顯現出來(輸出信號信干比較大，但信噪比仍然很小，所以這里在頻域表示濾波效果)。

圖1　自適應遞推極化濾波原理框圖Fig.1　Chart of adaptive polarimetric recursive filter

圖2　自適應極化濾波前后信號頻譜Fig.2　The signal spectrum before and after adaptive polarimetric filtering

理論上講，以SINR作為優化函數的極化濾波器性能是最優的，實際中常用的極化濾波器是對先驗知識要求不高的信號匹配極化濾波器(Signal Match Polarimetric Filter, SMPF)和干擾抑制極化濾波器(Interferer Suppression Polarimetric Filter, ISPF)，而直接以SINR作為優化函數的極化濾波器并不多見。因此文獻[37]研究極化濾波器的性能評估與選擇問題，提出了可以根據信號的極化度和干擾的極化度關系來確定極化濾波器的優選區(如圖3)：若電磁環境參數落在Ⅰ區，雷達宜采用ISPF濾波器；若落在Ⅱ區，雷達宜采用SMPF進行極化濾波。若落在Ⅲ區，當INR超過20 dB后，可用1條直線近似描述二者的分界，該直線方程為：

圖3　ISPF與SMPF的優選區與臨界區示意圖Fig.3　The priority zone and critical zone for ISPF and SMPF

圖4　3個干擾條件下輸出SINR與信號參量的關系Fig.4　The relationship between output SINR and signal parameters with 3 interferers

這個方程對在高干噪比條件下選擇極化濾波器實際工程應用中很方便。其啟發意義在于，利用ISPF和SMPF等易于實現的極化濾波器構造1個聯合濾波器，根據電磁環境參數的動態變化選擇極化濾波器，有可能彌補單個極化濾波器性能的不足，使聯合濾波器的總體性能接近最佳SINR極化濾波器水平。

以上討論的極化濾波器均是針對單個干擾源而言的，基本可歸結為單凹口極化濾波器。為對抗同時多個干擾源，可以采用非線性極化濾波器，其基本思想是設置多組線性極化濾波器，而后通過邏輯乘的辦法取最小的結果作為濾波輸出，這種極化濾波器的好處是可以同時抑制多個噪聲干擾。此外，另外一個對抗多干擾的方法，就是將極化域信息同空域、時域、頻域等其它域信息結合起來，構成聯合濾波處理。圖4給出了利用極化敏感陣列同時抑制3個干擾的濾波效果圖，從圖4中可以看出，由于綜合利用了空域-極化域信息，使得3個干擾源同時得到了有效的抑制[37]。綜合利用多種域的信息，實現多域多維聯合濾波處理，將是極化濾波處理的發展方向[73,74]。

3.2有源假目標干擾的極化鑒別

在現代電子戰中，有源干擾日益成為進攻方突防防御雷達的重要手段[59,60]。進攻方不僅可以對防御方實施噪聲干擾，而且能夠以靈活多變的方式轉發雷達發射的信號來壓制和欺騙防御方的雷達系統。隨著微波技術、數字射頻存儲技術以及微電子技術的快速發展，有源假目標干擾系統已經從轉發簡單的干擾信號發展到可以自主產生在能量上、波形上、相位調制方式等方面與目標回波信號高度逼近的假目標。尤其是有源多假目標干擾，因其一次可產生幾十至上百個與真實目標信號特征相差無幾的假目標，使得雷達系統采用諸如最大加速度限制、自相關分析法、波形分析法等在時域、頻域上均難以鑒別，從而嚴重地消耗了雷達資源，使雷達產生混批、飽和的現象，甚至不能正常工作，這對現代雷達防御系統無疑是一個巨大的威脅。有源多假目標欺騙性電子干擾因其高效的性價比，其干擾策略與方法和對其鑒別與抑制技術的研究是人們當前普遍關注的焦點。

極化是電磁波的固有屬性，目標回波信號中不僅包含了其時域、頻域和空域信息，而且包含了其極化特性。利用有源假目標和雷達目標在極化特征上的差異，極化測量雷達可以實現有源假目標和雷達目標的鑒別。近年來，通過對極化域特征的提取和應用來鑒別有源欺騙干擾的工作逐步展開。文獻[58]分析了幾種簡單形體目標與固定極化假目標干擾在散射特性上的差異，并提取了散射矩陣特征量進行鑒別；文獻[61]研究了干擾信號和目標回波的瞬態極化投影矢量在脈間的變化規律，并提出了瞬態極化投影矢量起伏度等特征量進行鑒別；文獻[17]以美國的X波段地基防御雷達(XBR)系統為例，探討了有源多假目標等欺騙性電子干擾對地基防御雷達系統的有效性等問題；由于單極化有源假目標的散射矩陣為奇異矩陣，而雷達目標的極化散射矩陣一般是互易、非奇異的，因此文獻[62]定義目標散射矩陣歸一化行列式值C作為鑒別特征量，并設計如下極化鑒別算法：

綜上所述，可見有源假目標極化鑒別的核心在于鑒別檢驗統計量的選擇。事實上，極化雷達鑒別有源假目標欺騙干擾的本質是基于下面的事實：真實雷達目標是無源的散射體，其回波與雷達發射極化、接收極化和目標極化特性有關；而有源欺騙干擾信號僅取決于干擾機的極化和雷達接收極化，而與雷達發射極化無關。圖5給出了針對兩種不同實驗情形下的有源假目標的鑒別實驗結果[16]，由圖5的實驗結果可以看出，只需選取一個合適的門限，該鑒別方法很容易保證99%以上的有源假目標被鑒別出來，而雷達目標誤判為有源假目標的概率將低于0.3%，這表明實際中用極化來鑒別有源目標確實是簡捷有效的途徑。

值得指出的是，目前這些有源假目標鑒別方法對于目標和干擾的種類、樣式還不具有廣泛適用性，特別是對于變極化干擾，鑒別性能稍差，因此在工程實用性方面還有待改進。另外，上述研究只涉及到常規窄帶或寬帶1維成像模式，對于如何利用極化信息，實現具有2維成像能力的極化SAR/ISAR系統中有源假目標的鑒別和對消尚甚少見諸報道。

4　極化域特征提取與識別

世界上各發達國家對極化域特征提取與識別技術很早就已經開始重視，這幾十年來不斷取得重要研究成果。目前，雷達目標的極化識別算法從技術路線上大致可以分為以下兩大類，第1類是早期形成的、以低分辨體制為背景，對極化散射矩陣進行映射變換，尋求目標的穩健性極化特征，進而實現目標分類與識別；第2類技術路線是以寬帶高分辨雷達體制為背景，將極化測量與高分辨技術相結合，抽取目標的空間結構特征進行分類與識別。鑒于基于極化2維成像的雷達目標識別技術涉及的研究內容很多、發展很快，故單獨作為一節，放在下一節論述。

4.1窄帶極化特征提取與識別

早期的研究思路主要以中、低分辨率雷達體制為背景，根據最優極化理論和目標唯象學理論，對雷達目標的極化散射矩陣進行變換、分解，尋求目標的極化不變量等穩健性極化特征，進而實現目標分類和識別。從識別技術路線上大致都是直接依據極化散射矩陣或其變換特征。例如，Brickel于1965年提出的三參數軌跡法[75], 以及E.M.Kennaugh提出的零極化方法[3]、J.R.Huynen提出的基于目標分解的方法[22]等。

在日趨復雜的電磁環境中，尤其是面臨的雷達目標種類很多時，直接基于窄帶極化特征進行目標識別還有一定難度。值得指出的是，即便如此，一般情況全極化信息的利用還是很有價值的。如在研究雷達目標極化微動特性時，文獻[16]提取一個不敏感于彈頭RCS起伏特性的特征量—— 交叉極化分量之和與共極化分量之差的比值，該特征量隨彈頭章動而周期變化，利用該特征量的時變特性可以實現彈頭章動頻率估計。仿真結果如圖6所示，結果表明同傳統的基于單極化RCS的方法相比，基于極化時變特性的章動頻率估計方法可以有效克服基于RCS序列的章動頻率估計方法引入的虛假頻率，具有更好的穩健性。

圖5　不同鑒別門限下對偽全極化假目標的鑒別概率Fig.5　The distinguish probability for fake fully polarimrtric flase target under different threshold

圖6　基于某錐球體全極化信息的章動頻率估計實驗Fig.6　The nutation frequency estimation experiment based on a cone’s fully polarimetric information

4.2寬帶極化特征提取與識別

隨著寬帶高分辨極化雷達體制的迅速崛起，基于寬帶極化信息的雷達目標識別得到了越來越廣泛的應用，全極化和寬帶高分辨技術的結合，通過1維成像來離析目標的空間-極化散射結構，進而抽取目標的空間結構特征進行分類識別，已逐漸成為當今雷達目標識別領域公認的極具潛力的技術途徑。這方面的研究思路大概可以分為如下3個方面：

第1種思路是從時域-極化域聯合的角度出發，提取目標回波極化隨時間(距離)的變化特征。如N.F.Chamberlain提出“目標瞬態極化響應(TPR)”的概念[76]，利用橢圓曲線擬合技術研究了5種大型商用飛機的極化結構特征，并進行了識別實驗；1993年，郭桂蓉和何松華針對線性調頻、彈載正交極化毫米波雷達體制，提出了距離-極化結構成像方法，并對多種坦克、車輛等地面目標進行識別實驗，取得了良好的識別效果[56]；2002年，D.A.Garren等人提出了根據目標散射矩陣的時域動態特性，利用極化波形優化技術來提高目標識別效果[77]。

第2種思路是從頻域-極化域聯合的角度出發，提取目標回波極化隨頻率的變化特征[6,7,55]。如文獻[6]針對寬帶極化雷達體制探討了目標極化結構在寬帶探測信號作用下所表現出的動態變化特性，陸續提出了極化狀態距離和極化頻率穩定度等概念，首次將動力學理論用于目標特性描述，提出了兩種新的極化譜的概念，在此基礎上提出了基于多維極化特征空間、基于本征極化、以及基于極化軌道約束下譜特性的目標識別方法，并對5類軍用飛機目標進行了識別實驗，取得了良好的識別效果；文獻[7]以目標瞬態極化散射特性刻畫作為切入點，提出了目標極化散射特性各向異性程度、目標瞬態極化散射結構穩定度等概念，研究了相應的特征提取方法，并分別采用基于高維特征空間線性劃分和基于樹狀分類器的兩種識別方法，對5類軍用飛機目標進行了寬帶極化特征提取與識別實驗，均取得了十分良好的識別結果。

第3種思路是從時頻-極化聯合域的角度，提取雷達目標回波的極化在時頻域上的變化特征。如文獻[54]立足于瞬態極化時頻分析理論，在2004年提出了基于瞬態極化WVD相關的寬帶極化雷達目標識別方法和基于目標回波瞬態極化時頻分布奇異值特征提取與識別的方法，并且揭示了采用瞬態極化WVD相關方法時的改善性能與目標散射回波極化散度之間的關系。

5　極化成像與參數反演

相對1維距離像而言，雷達目標2維或3維成像提供了更加豐富、細致和穩定的信息，從而更加有利于自動目標識別，這是極化成像與參數反演得到最廣泛關注的原因所在[2,70,78,79]。高分辨成像和極化從不同方面刻畫了目標的散射特性：一方面，成像系統利用大的發射信號帶寬與長的合成孔徑獲得具有高的距離和方位成像分辨率，形成精細的高分辨圖像；另一方面，目標的極化信息與其結構、材料、形狀、姿態取向等有著本質的聯系。通過極化信息的提取，可獲取目標表面粗糙度、對稱性和取向等其它參數難以表征的信息，是完整刻畫目標特性所不可或缺的。高分辨成像技術大大降低了極化描述模型的模糊性，而極化技術則使得高分辨技術描述的結構信息更為全面，二者的結合可以相得益彰。正是由于極化高分辨成像的這些優點，促使了許多極化成像系統的研制。大量極化成像系統的研制以及高分辨極化圖像數據的獲取反過來又極大地促進了極化成像與參數反演的研究工作。目前這方面的研究文獻很多，研究內容也十分豐富。概括起來主要包括如下3類：

(1)通過高分辨極化目標分解的方法，以此判斷目標的基本散射機理，提取某些能夠表征目標的散射特性參數。極化分解將極化測量數據同目標散射機理聯系起來，是描述目標散射機理的有效手段，因此極化分解在極化成像與參數反演方面占有重要的地位。極化目標分解的方法大致又分為兩類[23,24,80–82]：一類是應用于單視極化成像數據的相干目標分解，包括基于Pauli分解、Cameron分解以及Krogager分解等。另一類是應用于多視極化成像數據的部分相干目標分解，針對極化協方差矩陣、極化相干矩陣、Mueller矩陣或Kennaugh矩陣，包括著名的Huynen分解、Cloude分解和Holm&Barnes分解、H/α/A分解等等。基于極化分解理論分析了目標的主散射分量、奇次散射分量、偶次散射分量及體散射分量等散射成份，并提取了目標熵、反熵及alpha角、目標對稱度等有效的極化特征量。極化分解技術廣泛用于極化SAR目標特性分析、相干斑抑制、特征提取、地物分類及地表參數反演等領域[83–85]。

(2)通過極化高分辨或超分辨的辦法，提取出目標的全極化散射中心特征，再利用散射中心的極化特征反演目標的幾何結構和形狀尺寸參數[51,86–90]。文獻[52]提出了一種基于2維相干極化GTD模型的全極化ISAR超分辨成像方法。圖7給出了利用暗室實測數據的某彈頭全極化ISAR超分辨成像結果。從圖中可以看出，極化ISAR超分辨成像結果可以準確反映目標的長度、寬度乃至外形幾何結構：該彈頭目標一共存在8個散射中心，頭部(彈頭鼻錐)1個、中部4個、尾部3個；提取的GTD頻率依賴因子，如頭部的球形散射、中部的圓柱體散射以及尾部的角散射和邊緣散射機理等，都與實際目標模型的結構特性吻合得很好。另外，限于篇幅，這里不再給出每一個散射中心的散射矩陣和頻率依賴因子的詳細結果。上述結果進一步驗證了極化超分辨成像在雷達目標識別領域的應用價值[63–65]，也表明了根據極化超分辨特征提取進行目標幾何結構反演的巨大潛力。

(3)在極化SAR/ISAR的基礎上，基于一些更新的體制，研究目標的相關參數反演。諸如極化SAR干涉、極化SAR層析成像、極化SAR立體成像等重構目標的3維極化散射中心[91–94]；利用多頻多孔徑極化SAR提取運動目標參數，更好地進行運動目標檢測和成像[95,96]等等。

圖7　某彈頭的極化ISAR超分辨成像結果Fig.7　A warhead’s POL-ISAR supper-resolution imaging results

6　展望

雷達目標的極化特性，繼其能量、頻率和相位特性之后，成為雷達信息處理和電子對抗等領域的重要研究對象，在諸如反雜波、抗電子干擾、反隱身、目標幾何結構刻畫、特征提取與目標識別等方面顯示出了巨大的潛力。具有全極化測量或極化捷變能力的新體制雷達迅速崛起，逐漸取代了傳統的單極化體制雷達而成為現代雷達技術的發展潮流，極大地增強并擴展了雷達的探測功能和應用范圍。極化信息的開發利用在雷達系統削弱惡劣電磁環境的影響、對抗有源干擾、抑制環境雜波、反隱身和鑒別目標等方面，提供了極具潛力的技術途徑。單極化探測系統只是從一個側面反映了目標的屬性，而極化信息的利用并不是一個簡單的融合處理過程，需要從目標電磁散射機理層面出發提出新思路、新方法，從而使雷達系統性能得到質的提高。近幾年來，隨著我國極化雷達理論與技術的成熟和各種新型極化器件的出現，進一步深入開展極化信息獲取與處理的研究已形成現實的基礎，極化雷達的研制和開發利用正日益引起我國雷達專家學者的濃厚興趣和高度重視，雷達極化信息獲取與處理必將得到更大的發展。

[1]莊釗文, 肖順平, 王雪松.雷達極化信息處理及應用[M].北京：國防工業出版社, 1999: 1–13.Zhuang Zhao-wen, Xiao Shun-ping, and Wang Xue-song.Radar Polarization Information Processing and Application[M].Beijing: National Defense Industry Press, 1999: 1–13.

[2]代大海.極化雷達成像及目標特征提取研究[D].[博士論文],國防科學技術大學, 2008.Dai Da-hai.Study on polarimetric radar imaging and target feature extraction[D].[Ph.D.dissertation], National University of Defense Technology, 2008.

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代大海(1980–)，男，博士，副研究員，碩士生導師，IEEE Member，中國電子學會三遙分會委員，2008年獲國防科學技術大學博士學位。主持或參與國家自然科學基金、973、863等國家重大科研項目10余項，合作出版專著3部，申請專利8項，發表論文40余篇。研究方向為極化雷達成像、特征提取與目標識別。

E-mail: ddh1206@163.com

廖斌(1989–)，男，博士研究生，主要研究方向為極化雷達成像與目標識別。E-mail: liaobin189@126.com

肖順平(1964–)，男，教授，博士，博士生導師，研究方向為極化信息處理、電子仿真與雷達目標識別。

王雪松(1972–)，男，教授，博士，博士生導師，研究方向為極化信息處理、雷達目標識別、新體制雷達技術。

Advancements on Radar Polarization Information Acquisition and Processing

Dai Dahai①②Liao Bin①②Xiao Shunping②Wang Xuesong②

①(School of Electronic Science and Engineering, National University of Denfense Technology, Changsha 410073, China)
②(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

The study on radar polarization information acquisition and processing has currently been one important part of radar techniques.The development of the polarization theory is simply reviewed firstly.Subsequently, some key techniques which include polarization measurement, polarization anti-jamming, polarization recognition, imaging and parameters inversion using radar polarimetry are emphatically analyzed in this paper.The basic theories, the present states and the development trends of these key techniques are presented and some meaningful conclusions are derived.

Polarization measurement; Polarimetric calibration; Polarization filter; Discrimination of active decoy; Imaging radar polarimetry; Radar target recognition

TN953

A

2095-283X(2016)02-0143-13

10.12000/JR15103

2015-09-13；改回日期：2015-11-06；網絡出版：2015-12-14

代大海ddh1206@163.com

國家自然科學基金(61302143, 61501473, 61490693)，863計劃項目(2013AA122202)

Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61302143, 61501473, 61490693), Nation High-Tech R&D Program of China (2013AA122202)