王雪松

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)　長(zhǎng)沙　410073)

雷達(dá)極化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

王雪松*

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)長(zhǎng)沙410073)

雷達(dá)極化學(xué)是研究雷達(dá)波與目標(biāo)相互作用過程中的變極化效應(yīng)、揭示其作用機(jī)理的一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)，在微波遙感、對(duì)地勘察、氣象探測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、抗干擾、目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域有重大應(yīng)用前景。該文簡(jiǎn)要回顧了雷達(dá)極化理論與技術(shù)的發(fā)展歷程，綜述了雷達(dá)極化信息精確獲取、極化敏感陣列信號(hào)處理、目標(biāo)極化特性、極化抗干擾、目標(biāo)極化分類識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，最后對(duì)雷達(dá)極化技術(shù)的發(fā)展做了展望。

極化雷達(dá)；雷達(dá)成像；極化精密測(cè)量；極化校準(zhǔn)；極化濾波；目標(biāo)識(shí)別；抗干擾

引用格式：王雪松.雷達(dá)極化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].雷達(dá)學(xué)報(bào), 2016, 5(2): 119–131.DOI: 10.12000/JR16039.

Reference format: Wang Xuesong.Status and prospects of radar polarimetry techniques[J].Journal of Radars, 2016, 5(2): 119–131.DOI: 10.12000/JR16039.

1　引言

雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)在對(duì)地觀測(cè)、資源勘探、氣象探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防空反導(dǎo)、偵察監(jiān)視等民用和軍用領(lǐng)域得到廣泛而深入的應(yīng)用，成為關(guān)乎國(guó)家安全的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域，體現(xiàn)了國(guó)家綜合實(shí)力與競(jìng)爭(zhēng)力。自20世紀(jì)30年代雷達(dá)投入使用以來，雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)始終圍繞著兩大主題交織發(fā)展：一是不斷提升雷達(dá)在復(fù)雜環(huán)境中的生存能力和工作能力；二是不斷拓展增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)信息的獲取能力，進(jìn)而提升對(duì)目標(biāo)對(duì)象的分辨、識(shí)別和認(rèn)知能力。

極化作為電磁波的本質(zhì)屬性，是幅度、頻率、相位以外的重要基本參量，描述了電磁波的矢量特征，即電場(chǎng)矢端在傳播截面上隨時(shí)間變化的軌跡特性[1–3]。早在20世紀(jì)40年代，人們就已發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)受到電磁波照射時(shí)會(huì)出現(xiàn)“變極化效應(yīng)”，即散射波的極化狀態(tài)相對(duì)于入射波會(huì)發(fā)生改變，二者存在著特定的映射變換關(guān)系，其與目標(biāo)的姿態(tài)、尺寸、結(jié)構(gòu)、材料等物理屬性密切相關(guān)，因此目標(biāo)可以視為一個(gè)“極化變換器”[4,5]。目標(biāo)變極化效應(yīng)所蘊(yùn)含的目標(biāo)豐富物理屬性信息對(duì)提升雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)、抗干擾、分類和識(shí)別等能力具有極大潛力。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，雷達(dá)極化學(xué)已經(jīng)成為雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)的一個(gè)專門學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)雷達(dá)極化信息的開發(fā)利用已經(jīng)涉及電磁波輻射、傳播、散射、接收與處理等與雷達(dá)探測(cè)相關(guān)的全過程。雷達(dá)極化信息的應(yīng)用可對(duì)雷達(dá)的檢測(cè)、跟蹤、成像、識(shí)別以及抗干擾等幾乎所有功能都能帶來革新和提升，因而雷達(dá)極化學(xué)在氣象探測(cè)、地理遙感、空間監(jiān)視、防空反導(dǎo)、戰(zhàn)略預(yù)警、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、精確制導(dǎo)和對(duì)抗復(fù)雜電磁環(huán)境和自然雜波環(huán)境等各領(lǐng)域都備受重視并呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2　發(fā)展歷程

雷達(dá)極化的研究始于20世紀(jì)40年代。在70多年的發(fā)展歷程中，雷達(dá)極化學(xué)從無(wú)到有，不斷發(fā)展，已成體系。

20世紀(jì)40、50年代，發(fā)展了雷達(dá)目標(biāo)極化特性測(cè)量與表征、天線極化特性分析、目標(biāo)最優(yōu)極化等基礎(chǔ)理論和方法，興起了雷達(dá)極化學(xué)研究的第1個(gè)高潮[4–6]。

20世紀(jì)60、70年代，限于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件，雷達(dá)極化測(cè)量的實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度大且代價(jià)昂貴，目標(biāo)極化散射機(jī)理難以深刻揭示，相關(guān)理論研究成果難以得到有效驗(yàn)證，雷達(dá)極化研究經(jīng)歷了短暫低潮[7–9]。

20世紀(jì)80年代，隨著微波器件與工藝水平、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)極化測(cè)量技術(shù)和系統(tǒng)不斷獲得重大突破，雷達(dá)極化學(xué)迎來了第1輪的發(fā)展高潮。諸如在氣象探測(cè)方面，1978年英國(guó)RAL的S波段雷達(dá)和1983年美國(guó)的NCAR/CP-2雷達(dá)先后完成極化捷變改造；在目標(biāo)特性測(cè)量方面，1980年美國(guó)佐治亞理工研究院研制成功極化捷變雷達(dá)，并于1984年研制成功脈內(nèi)極化捷變雷達(dá)；在對(duì)地觀測(cè)方面，1985年美國(guó)研制出世界上第1部機(jī)載極化SAR，等等。這一時(shí)期，雷達(dá)極化學(xué)理論與雷達(dá)系統(tǒng)充分結(jié)合、相互促進(jìn)、共同進(jìn)步，發(fā)展和豐富了雷達(dá)目標(biāo)唯象學(xué)、極化濾波、極化目標(biāo)分解等極化信息處理理論，催生了雷達(dá)極化在氣象探測(cè)、抗雜波和電磁干擾、目標(biāo)分類識(shí)別和對(duì)地遙感等領(lǐng)域一批早期的技術(shù)驗(yàn)證與應(yīng)用實(shí)踐，讓人們重新認(rèn)識(shí)到雷達(dá)極化信息的重要性和不可替代性[10–14]。

20世紀(jì)90年代以來，雷達(dá)極化學(xué)受到世界多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視和持續(xù)投入，雷達(dá)極化理論進(jìn)一步深化發(fā)展、極化測(cè)量數(shù)據(jù)豐富多樣、應(yīng)用愈加廣泛深入，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后呈現(xiàn)出加速發(fā)展態(tài)勢(shì)，大批先進(jìn)極化雷達(dá)相繼問世，在氣象探測(cè)、微波遙感、空間監(jiān)視等民用和軍用領(lǐng)域取得令人振奮的應(yīng)用成果，展現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的局面。目前，美國(guó)、歐洲等國(guó)家對(duì)雷達(dá)極化問題給予了持續(xù)關(guān)注和高度投入，同時(shí)寓軍于民進(jìn)行融合式發(fā)展。為支撐對(duì)地觀測(cè)、海洋遙感、氣象探測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)等重大應(yīng)用需求，在美國(guó)的多功能相控陣(MPAR)[15,16]、德國(guó)的TanDEM衛(wèi)星[17]、日本的ALOS衛(wèi)星[18]等重大計(jì)劃中，雷達(dá)極化問題均被列為重要研究?jī)?nèi)容。具有高精度極化測(cè)量和高性能極化信息獲取與處理能力的新體制雷達(dá)相繼研制成功并投入使用，諸如美國(guó)的新一代氣象雷達(dá)WSR-88D[19,20]、荷蘭的PARSAX氣象雷達(dá)[21]、加拿大的Radarsat-2衛(wèi)星[22]、美國(guó)的反導(dǎo)雷達(dá)GBR[23]、法國(guó)的MERIC空中目標(biāo)監(jiān)視極化ISAR雷達(dá)[24]等，在氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)、對(duì)地觀測(cè)、國(guó)家安全等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

縱觀雷達(dá)極化學(xué)70年的發(fā)展歷程，主要圍繞雷達(dá)極化信息獲取、目標(biāo)極化散射機(jī)理和雷達(dá)極化信息處理與應(yīng)用3個(gè)方面交融發(fā)展、螺旋上升。21世紀(jì)以來，雷達(dá)極化技術(shù)面臨的測(cè)量系統(tǒng)、觀測(cè)對(duì)象、工作環(huán)境和遂行任務(wù)等都發(fā)生了深刻變化[25]，呈現(xiàn)出“信息維度不斷拓展”、“測(cè)量精度大幅提升”、“目標(biāo)對(duì)象復(fù)雜多樣”等新特點(diǎn)新趨勢(shì)，衍生出許多新的概念、體制和技術(shù)。當(dāng)前，隨著雷達(dá)探測(cè)環(huán)境的復(fù)雜化、應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化，對(duì)目標(biāo)和環(huán)境特性的精密測(cè)量、物理參數(shù)反演、目標(biāo)分類識(shí)別、適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境等都提出了越來越高的要求，雷達(dá)極化學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也孕育著新的重大發(fā)展機(jī)遇。

3　雷達(dá)極化信息精確獲取技術(shù)

雷達(dá)極化信息獲取是極化信息利用的前提和基礎(chǔ)，極化信息獲取能力直接決定了極化信息利用的性能和效果，其核心是利用雷達(dá)系統(tǒng)單個(gè)脈沖或多個(gè)脈沖觀測(cè)目標(biāo)后的多極化通道接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)極化散射特性的測(cè)量?？v觀雷達(dá)極化信息獲取技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，按照極化測(cè)量能力主要可分為單極化、雙極化和全極化等發(fā)展階段。

20世紀(jì)50～60年代在空間目標(biāo)特性測(cè)量和武器制導(dǎo)應(yīng)用中，逐漸出現(xiàn)雙極化體制雷達(dá)，諸如美國(guó)的ALTAIR雷達(dá)、前蘇聯(lián)的Fang Song(“扇歌”)雷達(dá)等。該體制采用單極化發(fā)射和正交雙極化接收的方式，能獲取目標(biāo)極化散射矩陣的一列元素，用于增強(qiáng)雷達(dá)探測(cè)性能。70年代末期，分時(shí)全極化測(cè)量體制雷達(dá)逐漸出現(xiàn)，該體制采用輪流發(fā)射一對(duì)極化狀態(tài)正交的電磁波、正交雙極化同時(shí)/輪流接收的方式，通過一組脈沖來測(cè)量得到目標(biāo)的極化散射矩陣，并在對(duì)地遙感、氣象探測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，諸如美國(guó)于1985年研制的第1部機(jī)載極化SAR系統(tǒng)、荷蘭分別于2005和2008年研制的TARA和IDAR氣象雷達(dá)[26,27]、日本于2006年發(fā)射的ALOS/PALSAR星載極化SAR[18]、加拿大于2007年發(fā)射的Radarsat-2星載極化SAR[22]等。

為了準(zhǔn)確獲取諸如彈道導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和降水粒子、鳥群、箔條云密集誘餌/碎片等大尺度分布式“軟”目標(biāo)的相干極化散射特性，同時(shí)全極化測(cè)量體制雷達(dá)已成為當(dāng)前極化雷達(dá)發(fā)展的重要方向，近年已有數(shù)部雷達(dá)問世，諸如1995年美國(guó)改造的CSU-CHILL氣象雷達(dá)[28]、2003年法國(guó)研制的MERIC空中目標(biāo)監(jiān)視ISAR成像雷達(dá)[24]、2009年荷蘭改造完畢的PARSAX氣象雷達(dá)[21]等，典型同時(shí)全極化體制雷達(dá)如圖1所示。該體制通過同時(shí)發(fā)射一對(duì)極化狀態(tài)正交的電磁波，并采用正交雙極化同時(shí)接收的方式，即通過“同時(shí)發(fā)射、同時(shí)接收”(Simultaneous Transmit Simultaneous Receive, STSR)[12]的方式在單個(gè)脈沖內(nèi)獲得目標(biāo)的極化散射矩陣。相較于分時(shí)全極化測(cè)量體制，同時(shí)全極化測(cè)量體制能夠通過單個(gè)脈沖獲取目標(biāo)極化散射矩陣，在極化信息精確獲取和利用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前極化測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域備受重視的發(fā)展方向。

隨著雷達(dá)極化測(cè)量能力和測(cè)量帶寬的提高，利用經(jīng)典極化的“時(shí)諧性”概念研究雷達(dá)極化問題存在諸多局限，促使了雷達(dá)極化學(xué)研究從經(jīng)典極化向瞬態(tài)極化的發(fā)展。國(guó)防科技大學(xué)王雪松提出“瞬態(tài)極化”概念[3]，系統(tǒng)研究了復(fù)雜動(dòng)態(tài)時(shí)變電磁信號(hào)輻射、傳播、散射、接收過程中的極化信息獲取、表征與處理問題，在對(duì)脈內(nèi)瞬時(shí)全極化測(cè)量波形及其信號(hào)處理進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，于2008 年研制成功瞬態(tài)極化雷達(dá)IPR-X-I和IPR-P-I(分別為X波段和P波段雷達(dá))[29,30]，實(shí)現(xiàn)了脈內(nèi)/脈間時(shí)-頻-極化域多維編碼雷達(dá)信號(hào)波形，具備動(dòng)態(tài)目標(biāo)極化散射矩陣的脈內(nèi)瞬時(shí)測(cè)量能力，能夠支持氣象、防空、航管、成像和抗干擾等多種應(yīng)用研究。

隨著極化技術(shù)在氣象觀測(cè)和防空反導(dǎo)等領(lǐng)域中的應(yīng)用日益深化，極化信息測(cè)量的精度已經(jīng)成為制約雷達(dá)極化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一，促使雷達(dá)極化測(cè)量向精密測(cè)量時(shí)代邁進(jìn)。雖然極化雷達(dá)經(jīng)過了多年的發(fā)展，但實(shí)際應(yīng)用中暴露出的問題表明在極化信息精確獲取方面仍存在諸多難題需要突破。主要表現(xiàn)在：一是彈道目標(biāo)、臨近空間目標(biāo)、近地空間目標(biāo)、強(qiáng)機(jī)動(dòng)目標(biāo)等高動(dòng)態(tài)目標(biāo)的極化特性精密測(cè)量對(duì)全極化測(cè)量雷達(dá)信號(hào)波形設(shè)計(jì)及信號(hào)處理技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)；二是面對(duì)降水粒子、箔條云、鳥群、密集誘餌/碎片等大尺度分布式目標(biāo)時(shí)，現(xiàn)有的極化測(cè)量方法難以滿足極化信息應(yīng)用對(duì)極化測(cè)量精度提出的高需求；三是隨著智能化、多功能雷達(dá)的蓬勃發(fā)展，全極化相控陣?yán)走_(dá)成為未來極化雷達(dá)發(fā)展的重要趨勢(shì)，但現(xiàn)有相控陣?yán)走_(dá)波束形成與極化控制、目標(biāo)極化特性和角度等參數(shù)測(cè)量的精度尚難以滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求。

圖1　典型的同時(shí)全極化體制雷達(dá)，法國(guó)MERIC(左)和中國(guó)IPR-X-I(右)Fig.1　Typical simultaneous full-polarization radars, MERIC radar from France (left)and IPR-X-I radar from China (right)

我國(guó)在雷達(dá)極化信息獲取方面的研究工作起步較晚，但在國(guó)家相關(guān)部門重大科研項(xiàng)目的支持下，極化雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵器件和工藝水平提升很快。近年來，已有多部極化雷達(dá)系統(tǒng)成功問世，如中國(guó)電科14所研制的靶場(chǎng)大型地基目標(biāo)特性測(cè)量雷達(dá)、中科院電子所研制的機(jī)載極化SAR系統(tǒng)、中國(guó)電科38所研制的機(jī)載極化SAR和極化干涉SAR系統(tǒng)、航天科技704所研制的機(jī)載海洋極化SAR系統(tǒng)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的高頻地波雷達(dá)等。此外，還有多個(gè)在研的雷達(dá)系統(tǒng)與雷達(dá)導(dǎo)引頭均將具備全極化測(cè)量能力，如航天科工23所在研的某大型相控陣?yán)走_(dá)、中國(guó)電科14所在研的某型相控陣?yán)走_(dá)和航天科工集團(tuán)二院、三院在研的雷達(dá)導(dǎo)引頭等?？傮w而言，我國(guó)在極化雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，其硬件平臺(tái)的性能指標(biāo)已趨于國(guó)際先進(jìn)水平。

雷達(dá)極化信息的精確獲取被認(rèn)為是制約極化雷達(dá)系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸難題，尤其是高動(dòng)態(tài)目標(biāo)極化測(cè)量誤差機(jī)理模型與補(bǔ)償處理方法、大型地基雷達(dá)極化精確校準(zhǔn)、全極化相控陣?yán)走_(dá)天線波束指向與極化特性的聯(lián)合控制及精密測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)，更是雷達(dá)工程界和各領(lǐng)域用戶急欲破解的棘手難題?？傊绾卧诂F(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上，推動(dòng)極化測(cè)量體制和信號(hào)處理理論與技術(shù)創(chuàng)新、提升雷達(dá)極化信息精確獲取能力是亟需研究的重大課題。

4　雷達(dá)極化敏感陣列信號(hào)處理技術(shù)

極化敏感陣列信號(hào)處理主要包括目標(biāo)檢測(cè)、自適應(yīng)處理和參數(shù)估計(jì)等3個(gè)方面[31,32]，其研究歷史可以追溯到20世紀(jì)70年代初美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室Lee博士等關(guān)于極化分集的工作，盡管其研究針對(duì)的主要應(yīng)用背景為無(wú)線通信領(lǐng)域。隨后的研究主要圍繞無(wú)線通信和電子偵察中的極化敏感陣列波束形成和信號(hào)多維參數(shù)估計(jì)問題展開，國(guó)外主要研究學(xué)者有美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)Compton教授、美國(guó)華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的Nehorai教授、佛羅里達(dá)大學(xué)的李薦教授、美國(guó)ESL公司的Ferrara博士、以色列特拉維夫大學(xué)的Weiss教授、香港理工大學(xué)的黃啟南教授、法國(guó)GIPSA實(shí)驗(yàn)室的Le Bihan博士和南錫大學(xué)的Miron教授等。

20世紀(jì)70年代中期開始，人們逐漸關(guān)注極化敏感陣列在雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)中的應(yīng)用，相關(guān)研究單位主要有美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室、佐治亞理工研究院、雪城大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)、意大利佛羅倫薩大學(xué)、那不勒斯“費(fèi)德里克二世”大學(xué)、羅馬大學(xué)、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)等。

2003年，美國(guó)佐治亞理工研究院Showman等針對(duì)極化敏感陣列雷達(dá)提出了空-時(shí)-極化域自適應(yīng)處理的概念[33]。法國(guó)雷恩大學(xué)Ferro-Famil和美國(guó)MITRE公司Fante等分別對(duì)空-時(shí)-極化域自適應(yīng)處理在地面動(dòng)目標(biāo)顯示和寬帶干擾抑制進(jìn)行了研究[34,35]。2005年由Nehorai教授牽頭，美國(guó)國(guó)防部和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)分別啟動(dòng)了“面向全域最優(yōu)的自適應(yīng)波形設(shè)計(jì)”的多學(xué)科大學(xué)研究計(jì)劃(MURI)項(xiàng)目和“復(fù)雜海洋環(huán)境中低小目標(biāo)探測(cè)的自適應(yīng)波形設(shè)計(jì)”項(xiàng)目[36]，項(xiàng)目主管單位分別為美國(guó)空軍科研辦公室(AFOSR)和海軍實(shí)驗(yàn)室(NRL)，前者的參與大學(xué)和企業(yè)有8個(gè)，后者的參與單位達(dá)9個(gè)，主要研究目標(biāo)分別是面向雷達(dá)自適應(yīng)匹配照射與接收的波形設(shè)計(jì)和面向復(fù)雜海洋環(huán)境中低小目標(biāo)探測(cè)的自適應(yīng)波形設(shè)計(jì)，而雷達(dá)極化敏感陣列信號(hào)處理都是其主要研究?jī)?nèi)容。2010年，美國(guó)普渡大學(xué)在美軍通信-電子研發(fā)工程中心(CERDEC)資助下，研制了S波段8×1全極化數(shù)字陣列天線[37]。2011年，法國(guó)IREENA實(shí)驗(yàn)室Bencheikh博士等研究了基于特征子空間分解的收發(fā)分置雙基地極化MIMO雷達(dá)目標(biāo)測(cè)角問題[38]。典型的極化敏感陣列天線如圖2所示。

圖2　典型的極化敏感陣列天線：美國(guó)Flam&Russell(左)、瑞典LOIS(中)和北京理工大學(xué)(右)Fig.2　Typical polarization sensitive array antennas: Flam&Russell antenna from the United States (left), LOIS antenna from Sweden (middle)and antenna from Beijing Institute of Technology (right)

國(guó)內(nèi)自2002年以來，北京理工大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、吉林大學(xué)、南京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、空軍航空大學(xué)、解放軍信息工程大學(xué)、華南理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等高校以通信和電子偵察為背景，開展了極化敏感陣列信號(hào)多維參數(shù)估計(jì)與波束形成的研究。在利用極化敏感陣列提高雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)性能方面，國(guó)內(nèi)研究單位主要包括北京理工大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、空軍航空大學(xué)、南京理工大學(xué)等。

整體來看，雷達(dá)極化敏感陣列信號(hào)處理的研究尚處于起步階段，缺乏系統(tǒng)性，也不夠深入。上述國(guó)內(nèi)外研究工作多假設(shè)雷達(dá)陣列流形精確已知，對(duì)雷達(dá)目標(biāo)環(huán)境(包括雜波與干擾)的假設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單，而實(shí)際雷達(dá)陣列通常存在由于極化耦合、天線指向誤差、天線位置誤差、通道不一致等因素引起的模型失配，雷達(dá)真實(shí)環(huán)境遠(yuǎn)比現(xiàn)有假設(shè)復(fù)雜。有關(guān)復(fù)雜目標(biāo)與復(fù)雜環(huán)境、以及模型失配條件下，雷達(dá)極化敏感陣列空-時(shí)-極化自適應(yīng)匹配接收、魯棒自適應(yīng)波束形成、高容錯(cuò)性多維參數(shù)估計(jì)等方面的研究工作亟待開展。

5　復(fù)雜目標(biāo)極化散射特性建模、表征與驗(yàn)證技術(shù)

雷達(dá)目標(biāo)極化散射特性建模、表征與驗(yàn)證的研究工作是伴隨著雷達(dá)極化理論、電磁散射建模理論與測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展起來的，是雷達(dá)極化學(xué)在目標(biāo)特性領(lǐng)域的基礎(chǔ)性問題，其研究成果為目標(biāo)極化分類識(shí)別提供理論、技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。

長(zhǎng)期以來，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜目標(biāo)極化散射特性的準(zhǔn)確分析，針對(duì)其電磁散射建模的研究一直備受關(guān)注。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，形成了高頻近似與數(shù)值計(jì)算兩大類分析方法。以美國(guó)為首的西方強(qiáng)國(guó)開展了一系列的研究計(jì)劃，旨在發(fā)展先進(jìn)的復(fù)雜目標(biāo)電磁特性建模方法和預(yù)估工具。最初研究重點(diǎn)集中于各類高頻近似方法，包括幾何光學(xué)(GO)方法、幾何繞射理論(UTD)、物理光學(xué)(PO)方法、物理繞射理論(PTD)、彈跳射線(SBR)方法等[39–41]。高頻近似法研究的一個(gè)標(biāo)志性成果是20世紀(jì)90年代由美國(guó)DEMACO公司和伊利諾依大學(xué)開發(fā)的基于PO、PTD和SBR方法的電磁散射分析軟件包Xpatch。經(jīng)多年努力，在90年代末，伊利諾依大學(xué)計(jì)算電磁學(xué)中心研發(fā)成功了多層快速多極子方法(MLFMA)[42]。 MLFMA具有極高的計(jì)算精度及普適性，現(xiàn)已能在X波段精確計(jì)算全尺寸型號(hào)飛機(jī)等復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射特性數(shù)據(jù)[43,44]。國(guó)內(nèi)在數(shù)值方法、射線方法研究方面取得了飛速的進(jìn)展，針對(duì)雷達(dá)目標(biāo)極化散射特性的建模技術(shù)研究也備受關(guān)注。電子科技大學(xué)、東南大學(xué)、北京環(huán)境特性研究所、復(fù)旦大學(xué)、北京理工大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等單位的工作進(jìn)展頗具代表性。在目標(biāo)極化散射特性建模方法、高性能數(shù)值計(jì)算技術(shù)、高頻計(jì)算技術(shù)、雷達(dá)目標(biāo)特性工程應(yīng)用等方面取得了較大的進(jìn)展。

在目標(biāo)極化散射測(cè)量與驗(yàn)證方面，國(guó)外大都借助目標(biāo)極化測(cè)量結(jié)果與理論分析結(jié)果相互對(duì)比的方式來完成。早在1950年，美國(guó)的Sinclair率先在天線理論中引入了極化散射矩陣測(cè)量的概念[4]。Huynen的研究工作進(jìn)一步推動(dòng)了雷達(dá)極化理論的發(fā)展，一些目標(biāo)極化散射矩陣的測(cè)量方法被陸續(xù)提出，并在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量以及現(xiàn)代極化雷達(dá)中被廣泛采用[9]。目前，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室、密歇根州立大學(xué)的微波實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)麻省理工學(xué)院的林肯實(shí)驗(yàn)室等單位和組織均對(duì)目標(biāo)極化散射特性測(cè)量理論進(jìn)行了研究，并建立了完善的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。90年代，Mortensen等在EMSL(European Microwave Signature Laboratory)開展了諸多雙站全極化定量測(cè)試方面的研究，并形成了行之有效的測(cè)量方法[45]。國(guó)內(nèi)北京航空航天大學(xué)、北京環(huán)境特性研究所、中科院電子所、中國(guó)電科22所、兵器212所、航天科技802所等都開展了極化測(cè)量理論和方法的相關(guān)研究。典型目標(biāo)特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室如圖3所示。

圖3　目標(biāo)特性實(shí)驗(yàn)室測(cè)量：美國(guó)海軍雙站暗室(左)、國(guó)內(nèi)中型緊縮場(chǎng)暗室(右)Fig.3　Target characteristic laboratory measurement: The United States Navy bistatic anechoic chamber (left), Chinese medium-size anechoic chamber (right)

在極化散射機(jī)理表征方面，自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)外學(xué)者提出利用幾種典型結(jié)構(gòu)散射特性對(duì)極化散射機(jī)理進(jìn)行表征的理論路線，在SAR地面目標(biāo)分類識(shí)別和參數(shù)反演等方面獲得成功應(yīng)用[46–51]。針對(duì)人造目標(biāo)識(shí)別問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了GTD模型、屬性散射中心模型、典型體散射中心模型等[52–56]，但這些模型較少考慮極化效應(yīng)。

總體而言，我國(guó)目前在復(fù)雜目標(biāo)的全極化散射特性建模、極化測(cè)量技術(shù)和機(jī)理表征研究等方面取得了較大進(jìn)步，但相關(guān)研究仍然不夠系統(tǒng)，同發(fā)達(dá)國(guó)家的相關(guān)技術(shù)水平相比還存在較大差距。首先，尚未形成對(duì)電大尺寸復(fù)雜目標(biāo)寬帶全極化散射特性的精確預(yù)估能力，嚴(yán)重制約了對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)、材料等因素在內(nèi)的極化散射機(jī)理認(rèn)知和揭示；其次，缺乏完善的目標(biāo)寬帶全極化散射測(cè)量技術(shù)體系，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)散射模型和機(jī)理表征的可靠驗(yàn)證。最后，缺乏對(duì)各類典型結(jié)構(gòu)和材料目標(biāo)的時(shí)域、頻域、空域極化特性的深入研究，難以獲得有效的復(fù)雜目標(biāo)極化散射表征模型和手段，無(wú)法滿足目標(biāo)探測(cè)、分類與識(shí)別的要求。因此，需要系統(tǒng)研究更為有效的目標(biāo)極化散射特性建模分析方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)，提高建模精度和求解效率，提升基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的目標(biāo)極化散射特性模型驗(yàn)證能力，推動(dòng)目標(biāo)極化散射機(jī)理表征理論和方法的發(fā)展完善，更好地支撐雷達(dá)極化理論與技術(shù)的整體進(jìn)步。

6　雷達(dá)極化抗干擾技術(shù)

雷達(dá)極化抗干擾技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，是雷達(dá)極化學(xué)中最早成功應(yīng)用于工程的分支之一[57]。雷達(dá)科學(xué)家很早就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雷達(dá)干擾與目標(biāo)在時(shí)域、頻域、空域無(wú)法很好地區(qū)分時(shí)，極化抗干擾往往能夠體現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)極化抗干擾技術(shù)就是利用這種極化特性差異，通過濾除干擾、鑒別(辨別)干擾等途徑抑制干擾對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響。

近年來，隨著雷達(dá)極化信息獲取和處理技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)回波與干擾信號(hào)在極化域的特性差異逐步得以被更加深刻地洞察、揭示和利用，極化抗干擾也因此日益受到重視。該領(lǐng)域有代表性的研究機(jī)構(gòu)主要包括美國(guó)的佐治亞理工研究院、伊利諾依大學(xué)、喬治·華盛頓大學(xué)、國(guó)家大氣研究中心，意大利的佛羅倫薩大學(xué)、羅馬大學(xué)，荷蘭的代爾夫特理工大學(xué)、日本的新瀉大學(xué)，國(guó)內(nèi)的國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、空軍預(yù)警學(xué)院、電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等院校以及中國(guó)電科集團(tuán)14所、38所、兵器工業(yè)集團(tuán)、航天科工二院、三院等國(guó)防工業(yè)部門。

極化抗雜波干擾最早的實(shí)踐是抑制雨雜波干擾，隨后逐步拓展到氣象雷達(dá)地雜波干擾抑制、情報(bào)雷達(dá)射頻干擾抑制、火控雷達(dá)假目標(biāo)欺騙干擾鑒別等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)佐治亞理工研究院的Nathanson針對(duì)雨雜波干擾提出了著名的自適應(yīng)極化對(duì)消器(Adaptive Polarization Canceller, APC)，他們發(fā)現(xiàn)雨雜波在時(shí)域(距離)、頻域(多普勒)、空域(角度)上覆蓋目標(biāo)回波而無(wú)法用時(shí)、頻、空域抗干擾手段消除，但雨雜波與目標(biāo)回波的極化狀態(tài)存在差異，APC將兩個(gè)正交極化天線(左旋圓極化、右旋圓極化)接收的雜波信號(hào)通過相關(guān)反饋環(huán)進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)輸出，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的合成接收極化即是雨雜波干擾的正交極化，此措施可有效對(duì)消雨雜波，改善雷達(dá)在強(qiáng)降雨中的目標(biāo)探測(cè)能力[58]。

20世紀(jì)90年代，氣象雷達(dá)成為極化抗干擾技術(shù)的重要應(yīng)用平臺(tái)。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Moisseev、Unal等人研究發(fā)現(xiàn)，含有地雜波的信號(hào)區(qū)域交叉極化相關(guān)系數(shù)相對(duì)較小，因此能夠利用這種差異將與氣象目標(biāo)混為一體的地雜波干擾有效濾除，并先后提出了多種極化濾波方法，成功應(yīng)用于雙極化氣象雷達(dá)[59,60]。

進(jìn)入21世紀(jì)，極化抗干擾的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。雖然較少看到國(guó)外在相關(guān)方面的報(bào)道，但國(guó)內(nèi)相關(guān)科研單位近年來掀起了極化抗干擾技術(shù)的應(yīng)用研究熱潮。2001年哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了利用極化濾除抑制電臺(tái)射頻干擾的方法并成功應(yīng)用于某型高頻地波雷達(dá)，有效提升了該雷達(dá)的超視距目標(biāo)搜索能力[61,62]。2013年國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)利用瞬時(shí)極化變換濾波技術(shù)成功消除了某型UHF波段情報(bào)雷達(dá)面臨的移動(dòng)通信基站強(qiáng)烈干擾，有效提升了該型雷達(dá)在干擾方向的目標(biāo)檢測(cè)能力(如圖4所示)[63]。除此之外，空軍裝備研究院、中國(guó)電科14所等單位在大功率變極化器研制等方面取得了重要進(jìn)展，北京理工大學(xué)、空軍預(yù)警學(xué)院等多家單位亦開展了理論和實(shí)踐工作。

隨著各種電磁用頻活動(dòng)的加劇、雷達(dá)探測(cè)應(yīng)用范圍的拓展以及電子對(duì)抗行動(dòng)的升級(jí)，各種民用工業(yè)射頻干擾、軍用電子干擾、自然環(huán)境雜波干擾大量涌入雷達(dá)接收機(jī)，雷達(dá)面臨的干擾環(huán)境日趨復(fù)雜惡劣，射頻干擾對(duì)雷達(dá)的影響日益嚴(yán)重。例如，充斥于自由空間的大量廣播電視信號(hào)進(jìn)入VHF波段雷達(dá)接收機(jī)后，淹沒了本就微弱的目標(biāo)回波信號(hào)，大大限制了米波雷達(dá)對(duì)隱身飛機(jī)等低散射截面目標(biāo)的探測(cè)能力；而按蜂窩形式密集部署的移動(dòng)通信發(fā)射基站，其信號(hào)頻率、到達(dá)方向覆蓋均很寬，嚴(yán)重壓縮了UHF波段雷達(dá)的可用電磁頻譜和可監(jiān)視空域。這些射頻干擾往往由來自于不同方向、具有不同極化、經(jīng)歷不同傳播路徑的多個(gè)輻射場(chǎng)合成得到，極化特性復(fù)雜且呈現(xiàn)空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜、時(shí)域劇烈非平穩(wěn)變化特點(diǎn)，現(xiàn)有的極化抑制方法僅能獲得有限改善甚至完全失效。非平穩(wěn)射頻干擾已成為同頻段雷達(dá)平時(shí)/戰(zhàn)時(shí)均會(huì)面臨的重要障礙，亟需在深入分析非平穩(wěn)干擾極化特性形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，發(fā)展新的雷達(dá)極化抑制理論與方法。

地基雷達(dá)/艦載雷達(dá)低仰角探測(cè)、機(jī)載雷達(dá)下視探測(cè)等工作場(chǎng)景中，都會(huì)受到地/海雜波的嚴(yán)重影響，尤其是對(duì)低空慢速目標(biāo)的探測(cè)，因目標(biāo)回波信號(hào)在時(shí)域(距離)、頻域(多普勒)、空域(方位)很容易被雜波干擾淹沒或與其非常接近而難以分離、濾除。例如，地基/艦載雷達(dá)面臨的目標(biāo)切向飛行/速度模糊、海雜波譜展寬等情況，機(jī)載雷達(dá)面臨的目標(biāo)回波在距離-多普勒聯(lián)合域落入主瓣或旁瓣雜波等情況，導(dǎo)致傳統(tǒng)的多普勒濾波、距離-多普勒聯(lián)合域?yàn)V波等手段很難有好的效果。近年來，基于方位-多普勒聯(lián)合域的空-時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)得到了很大的發(fā)展，已逐步應(yīng)用于機(jī)載預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)，極化廣義似然比檢驗(yàn)(P-GLRT)等極化域雜波抑制方法亦得到了很大的發(fā)展[64,65]，然而這類方法大多是基于均勻分布雜波的假設(shè)，即雜波的功率、極化散射特性在各個(gè)空間單元具有相似/強(qiáng)相關(guān)特性，可以通過相鄰單元估計(jì)得到。但實(shí)際上，無(wú)論是地物雜波還是海面雜波，多數(shù)情況下均呈現(xiàn)出“非勻質(zhì)”的特點(diǎn)，導(dǎo)致雜波特性難以精確預(yù)估，非勻質(zhì)雜波背景下低空慢速目標(biāo)探測(cè)問題已成為雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)，充分利用非勻質(zhì)雜波中孤立強(qiáng)散射點(diǎn)與目標(biāo)極化散射特性的差異，是有望取得突破的重要途徑。

隨著軍用電子干擾技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的雷達(dá)干擾系統(tǒng)能夠精確模擬目標(biāo)回波的波形、多普勒特性、航跡特性等，成為雷達(dá)極難消除的“影子”目標(biāo)，不僅會(huì)破壞雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別，還會(huì)消耗大量的雷達(dá)資源。這類欺騙干擾如果采用單極化天線工作，目前極化雷達(dá)已能利用來波信號(hào)極化是否與雷達(dá)激勵(lì)極化相關(guān)的差異予以鑒別[57]。但隨著雙極化天線干擾機(jī)的發(fā)展(如具有交叉極化角度欺騙干擾能力、極化分集能力的APECS-II型干擾機(jī)等)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)極化散射矩陣的模擬，干擾與目標(biāo)之間的極化差異被嚴(yán)重縮減，現(xiàn)有極化鑒別等方法難以有效挖掘利用這種差異。對(duì)于高逼真度精確欺騙干擾這類軍用雷達(dá)的重要威脅，基于極化變換理論來挖掘并利用深層次的極化差異，是抗干擾的重要途徑。

圖4　某現(xiàn)役雷達(dá)對(duì)射頻干擾的極化變換濾波效果Fig.4　Polarization transform filtering effect of one active service radar to the radio frequency interferences

7　雷達(dá)目標(biāo)極化分類識(shí)別技術(shù)

目標(biāo)分類識(shí)別是雷達(dá)最受關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域之一，也是頗具挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題[66–68]。電磁散射理論表明目標(biāo)極化特性敏感于目標(biāo)形狀、結(jié)構(gòu)、姿態(tài)，同時(shí)也與目標(biāo)材質(zhì)密切相關(guān)[66–71]。極化雷達(dá)利用電磁波的矢量特性，獲得目標(biāo)的極化散射響應(yīng)特征，對(duì)目標(biāo)的介電常數(shù)、幾何形狀、空間取向等物理屬性十分敏感，因此可以增強(qiáng)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)物理屬性信息的獲取能力，為目標(biāo)分類識(shí)別提供有力支撐。美、英、法、德、意大利、加拿大、日本、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)雷達(dá)目標(biāo)極化識(shí)別技術(shù)很早就開始高度關(guān)注。

基于窄帶低分辨雷達(dá)的窄帶極化識(shí)別是最早見諸報(bào)道的雷達(dá)目標(biāo)極化識(shí)別技術(shù)。美國(guó)早期就曾嘗試用窄帶極化特征區(qū)分彈頭和誘餌目標(biāo)。早期的目標(biāo)極化識(shí)別研究思路主要是通過目標(biāo)極化散射矩陣的變換和分解來獲得目標(biāo)的 “極化不變量”特征，Kennaugh和Huynen的工作是這一階段的杰出代表[5,9]。1952年，Kennaugh提出了最佳極化的概念[5]。1970年，Huynen提出了“極化叉”的概念[9]。這種基于窄帶極化信息的“極化不變量”能粗略描述目標(biāo)形狀、胖瘦、有無(wú)螺旋結(jié)構(gòu)等，但對(duì)復(fù)雜形體目標(biāo)效果不佳，故20世紀(jì)80年代以來進(jìn)展較緩慢?，F(xiàn)有針對(duì)空間目標(biāo)的反導(dǎo)預(yù)警等戰(zhàn)略應(yīng)用中，由于需要兼顧遠(yuǎn)距離探測(cè)、高精度跟蹤等需求，大型地基極化雷達(dá)均包括窄帶工作模式，加之部分雷達(dá)低頻工作會(huì)兼具反隱身的效果，因此目標(biāo)低頻窄帶極化特征仍被認(rèn)為是多特征融合識(shí)別方法中的重要特征之一(特別是對(duì)于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)形體目標(biāo))。

隨著寬帶雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)距離分辨力顯著提高，目標(biāo)的強(qiáng)散射點(diǎn)能夠被孤立出來而形成1維距離像，基于1維距離像的極化特征提取能夠提供更為豐富的目標(biāo)細(xì)節(jié)信息。20世紀(jì)90年代以來，基于1維高分辨雷達(dá)的極化識(shí)別技術(shù)得到了深入研究和發(fā)展，如1990年美國(guó)學(xué)者Chamberlain等提出“目標(biāo)暫態(tài)極化響應(yīng)(Transient Polarization Response, TPR)”概念，把復(fù)雜目標(biāo)的結(jié)構(gòu)分解為由散射中心對(duì)應(yīng)的多個(gè)子結(jié)構(gòu)來分別描述，對(duì)多種商用飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了良好的目標(biāo)識(shí)別效果[72]；英國(guó)“硫磺石”導(dǎo)彈(Brimstone)利用1維高分辨極化特征實(shí)現(xiàn)對(duì)不同裝甲車輛目標(biāo)的有效鑒別(如圖5所示)[73]；美國(guó)于90年代末公開報(bào)道的24種雷達(dá)反導(dǎo)目標(biāo)識(shí)別方法中就包括寬帶極化的識(shí)別方法[66]?？偟膩砜矗?0年代以來出現(xiàn)了1維高分辨極化分類識(shí)別研究的熱潮，對(duì)地面目標(biāo)(坦克、裝甲車)、空中目標(biāo)(飛機(jī)、導(dǎo)彈等)、海上目標(biāo)(艦船)等均有大量研究和較為成功的應(yīng)用。

圖5　英國(guó)硫磺石導(dǎo)引頭照片及其鑒別不同目標(biāo)示意圖Fig.5　The images of the British Brimstone seeker and its identification illustrations of different targets

基于高分辨2維成像雷達(dá)(主要為SAR和ISAR)的目標(biāo)極化分類識(shí)別是目前最活躍的研究領(lǐng)域之一。從目標(biāo)類別來看，既包含對(duì)空中/空間目標(biāo)的極化ISAR，也包含對(duì)地/對(duì)海觀測(cè)的極化SAR。隨著全球成像雷達(dá)數(shù)據(jù)源的日益豐富，考慮到1維距離像的姿態(tài)敏感性，越來越多研究者提出利用極化SAR/ISAR進(jìn)行目標(biāo)特征提取和分類識(shí)別[74–77]，圖6給出了某極化SAR對(duì)艦船、尾跡的成像結(jié)果。據(jù)報(bào)道，美國(guó)戰(zhàn)略防御計(jì)劃的核心——GBR雷達(dá)具備全極化測(cè)量和ISAR成像能力，能同時(shí)捕獲多個(gè)高空目標(biāo)，并實(shí)時(shí)區(qū)分誘餌和目標(biāo)[23]。此外，具有極化ISAR成像的雷達(dá)還有法國(guó)的MERIC系統(tǒng)等。極化SAR方面的雷達(dá)系統(tǒng)更是不勝枚舉，可以說，世界上先進(jìn)SAR系統(tǒng)幾乎都具備全極化能力，代表性的星載(天基)極化SAR系統(tǒng)有：美、德、意聯(lián)合研制的SIR-C/X-SAR系統(tǒng)，歐洲空間局ENVISAT衛(wèi)星上搭載的ASAR系統(tǒng)，加拿大的Radarsat-2系統(tǒng)，日本的ALOS/PALSAR系統(tǒng)，意大利的Cosmo-Skymed系統(tǒng)，德國(guó)的TerraSAR-X系統(tǒng)，以色列的TecSAR系統(tǒng)等[74]。隨著極化雷達(dá)成像系統(tǒng)的飛速發(fā)展和極化成像數(shù)據(jù)資源的日益豐富，大大促進(jìn)了雷達(dá)目標(biāo)極化分類識(shí)別理論與算法的創(chuàng)新發(fā)展，同時(shí)也正是由于這些系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，雷達(dá)目標(biāo)極化分類識(shí)別的很多方法得到了實(shí)際的檢驗(yàn)驗(yàn)證，并逐步走向成功應(yīng)用。

極化雷達(dá)人造目標(biāo)3維成像與特征反演是目前最熱門的研究領(lǐng)域之一。近年來，伴隨著雷達(dá)極化技術(shù)和成像技術(shù)的飛速進(jìn)展，極化雷達(dá)3維成像越來越被看好，涌現(xiàn)出包括極化干涉SAR、極化圓周SAR、極化層析SAR等3維成像技術(shù)和系統(tǒng)[78–80]。極化干涉SAR是在極化SAR和干涉SAR技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新興對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，通過極化和干涉信息的有效組合實(shí)現(xiàn)觀測(cè)維度的擴(kuò)展，并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的3維散射中心分離[81]。對(duì)某些特定類型目標(biāo)，如樹木植株等，極化干涉成像理論可實(shí)現(xiàn)樹干、樹冠等特定散射結(jié)構(gòu)的分離，在森林遙感中獲得成功應(yīng)用，但難以直接應(yīng)用于人造目標(biāo)。極化層析SAR 3維成像技術(shù)的研究始于20世紀(jì)90年代中期，將極化和層析技術(shù)結(jié)合能夠顯著降低目標(biāo)極化散射特征描述的模糊性，提供更為豐富的目標(biāo)細(xì)節(jié)特征，明顯改善針對(duì)隱藏目標(biāo)或微弱目標(biāo)的檢測(cè)和3維成像性能，因而被廣泛地認(rèn)為對(duì)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大推動(dòng)作用[82]。目前，這一領(lǐng)域的研究總體上仍處于起步階段。我國(guó)自90年代以來，在極化雷達(dá)系統(tǒng)研制方面也有著長(zhǎng)足的進(jìn)展：1994年北京無(wú)線電測(cè)量研究所(BIRM)研制成功了一部C波段逆合成孔徑實(shí)驗(yàn)雷達(dá)C-ISAR；中國(guó)電科14所研制了某大型地基目標(biāo)特性測(cè)量雷達(dá)，具備ISAR能力；中科院電子所、中國(guó)電科38所、航天科技704所等單位研制了多種型號(hào)/類型的極化SAR系統(tǒng)。在目標(biāo)極化分類識(shí)別技術(shù)方面也開展了一定的研究，相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)主要有國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、中科院電子所、航天科技/科工集團(tuán)、兵器工業(yè)集團(tuán)等。

總體而言，目前雷達(dá)目標(biāo)極化分類識(shí)別的需求愈加廣泛——防空反導(dǎo)、低空監(jiān)視等對(duì)空中/空間目標(biāo)識(shí)別的需求長(zhǎng)盛不衰，戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、國(guó)土資源、對(duì)地遙感、精確制導(dǎo)等對(duì)地面目標(biāo)識(shí)別需求亟待解決，海洋監(jiān)測(cè)和海上維權(quán)等領(lǐng)域?qū)Ｉ夏繕?biāo)的識(shí)別需求愈發(fā)迫切。雖然目前雷達(dá)目標(biāo)極化識(shí)別已經(jīng)形成較豐富的理論體系，但研究分支龐雜，具體的理論性研究成果多，普適的應(yīng)用性研究成果少。目標(biāo)全極化散射響應(yīng)特征易受非目標(biāo)因素影響、極化3維成像系統(tǒng)與散射圖像重構(gòu)理論不成熟、分類識(shí)別器正確率低和泛化能力不足等瓶頸問題有待突破，開展人造目標(biāo)精細(xì)幾何結(jié)構(gòu)特征提取、相對(duì)不變特征提取、3維全極化散射圖像重構(gòu)、以增強(qiáng)泛化能力為導(dǎo)向的分類識(shí)別器設(shè)計(jì)與訓(xùn)練等科學(xué)問題的研究工作已經(jīng)刻不容緩。

圖6　極化SAR對(duì)艦船、尾跡成像結(jié)果Fig.6　Polarimetric SAR image of ships and their wakes

8　總結(jié)與展望

雷達(dá)極化理論與技術(shù)已在微波遙感、氣象探測(cè)、防空反導(dǎo)、精確制導(dǎo)等諸多領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，但是對(duì)這一信息資源的研究開發(fā)深度和廣度還遠(yuǎn)不能與其重要性相稱。隨著對(duì)目標(biāo)和環(huán)境特性的精密測(cè)量、物理參數(shù)反演、分類識(shí)別、抗干擾等各種應(yīng)用需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，具有精密極化測(cè)量能力的雷達(dá)體制已成為現(xiàn)代雷達(dá)重要發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)有雷達(dá)極化理論與技術(shù)體系正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和重大發(fā)展機(jī)遇。

面對(duì)國(guó)防安全、周邊形勢(shì)以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，新的重大需求不斷涌現(xiàn)，對(duì)雷達(dá)極化學(xué)帶來新一輪的強(qiáng)勁需求牽引。在國(guó)防安全領(lǐng)域，東海防空識(shí)別區(qū)、反導(dǎo)目標(biāo)識(shí)別等重大問題對(duì)雷達(dá)極化信息的深入挖掘及其在空中/空間目標(biāo)分類識(shí)別等領(lǐng)域的應(yīng)用提出了急迫需求。在海洋利益拓展、海上維權(quán)領(lǐng)域，近年來海權(quán)維護(hù)行動(dòng)和海島爭(zhēng)端中，對(duì)海上艦船目標(biāo)的有效監(jiān)測(cè)監(jiān)控和可靠分類識(shí)別已成為雷達(dá)極化學(xué)發(fā)展的又一重要驅(qū)動(dòng)力。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域，隨著航空事業(yè)的迅猛發(fā)展，特別是我國(guó)實(shí)行低空空域開放政策以來以及各類無(wú)人飛行器的迅猛增長(zhǎng)，中低空監(jiān)視管控、尤其是在復(fù)雜自然/城區(qū)環(huán)境下對(duì)“低、小、慢”目標(biāo)的有效檢測(cè)和識(shí)別已成為棘手難題。這些重大問題為雷達(dá)極化學(xué)帶來了新的發(fā)展契機(jī)。

從我國(guó)雷達(dá)極化學(xué)的總體發(fā)展來看，目前存在兩個(gè)“不平衡”：一是雷達(dá)極化學(xué)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)在微波成像領(lǐng)域(特別是對(duì)地觀測(cè))的發(fā)展與在其它領(lǐng)域(如對(duì)空探測(cè)等)的發(fā)展不平衡。在微波成像對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)已有包括“多維度微波成像基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、“高分辨對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)”重大專項(xiàng)(簡(jiǎn)稱“高分專項(xiàng)”)、中歐“龍計(jì)劃”等在內(nèi)的多個(gè)重大項(xiàng)目和重大計(jì)劃的鼎力支持，已經(jīng)取得了相當(dāng)多的理論成果和成功應(yīng)用。相比之下，在對(duì)空探測(cè)、低空監(jiān)視等領(lǐng)域則缺乏系統(tǒng)的重大項(xiàng)目支持。二是雷達(dá)極化的“硬能力”與“軟能力”發(fā)展不平衡。在“硬能力”方面，近年來我國(guó)陸續(xù)研制成功多部具有極化測(cè)量能力的雷達(dá)系統(tǒng)，極化雷達(dá)系統(tǒng)硬件建設(shè)水平整體上已接近甚至達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。相比之下，雷達(dá)極化信息的開發(fā)利用的“軟能力”發(fā)展則相對(duì)不足，包括雷達(dá)極化精確測(cè)量信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理、目標(biāo)極化信息表征與定量提取、極化目標(biāo)分類識(shí)別等在內(nèi)的諸多基礎(chǔ)科學(xué)問題成為制約應(yīng)用的瓶頸。

在這樣的形勢(shì)下，需要秉承“著眼當(dāng)前、放眼未來，緊貼需求、面向應(yīng)用”的理念，瞄準(zhǔn)雷達(dá)極化技術(shù)前沿發(fā)展和國(guó)家安全重大應(yīng)用需求，大力推動(dòng)雷達(dá)極化基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，取得一批國(guó)際一流、有重大突破、重大影響的理論成果和應(yīng)用成果，推進(jìn)新的雷達(dá)技術(shù)變革和里程碑式的應(yīng)用發(fā)展，為當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全做出積極貢獻(xiàn)。

致謝感謝清華大學(xué)楊健教授、北京理工大學(xué)劉志文教授、航天科工集團(tuán)207所殷紅成研究員、國(guó)防科技大學(xué)李永禎副研究員、施龍飛副研究員、代大海副教授、陳思偉講師、邢世其講師、龐晨講師等人在本文撰寫過程中提供的有益建議和熱情幫助。

[1]Mott H著, 林昌祿譯.天線和雷達(dá)中的極化[M].成都: 電子科技大學(xué)出版社, 1989.Mott H.Polarization in Antennas and Eadars[M].Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China Press, 1989.

[2]莊釗文, 肖順平, 王雪松.雷達(dá)極化信息處理及其應(yīng)用[M].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1999.Zhuang Zhaowen, Xiao Shunping, and Wang Xuesong.Radar Polarization Information Processing and Application[M].Beijing: National Defense Industry Press, 1999.

[3]王雪松.寬帶極化信息處理的研究[D].[博士論文], 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院, 1999.Wang Xue-song.Study on wideband polarization information processing[D].[Ph.D.dissertation], Graduate School of National University of Defense Technology, 1999.

[4]Sinclair G.The transmission and reception of elliptically polarized waves[J].Proceedings of the IRE, 1950, 38(2): 148–151.

[5]Kennaugh E M.Polarization properties of radar reflection[D].Ohio State University, 1952.

[6]Graves C D.Radar polarization power scattering matrix[J].Proceedings of the IRE, 1956, 44(2): 248–252.

[7]柯有安.雷達(dá)散射矩陣與極化匹配接收[J].電子學(xué)報(bào), 1963, (3): 1–11.Ke Youan.Radar scattering matrix and polarization matching Receive[J].Acta Electronica Sinica, 1963, (3): 1–11.

[8]Ke Y A and Liu Z W.Early studies on target models in China[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2001, 37(3): 1070–1075.

[9]Huynen J R.Phenomenological theory of radar targets[D].Delft University of Technology, 1970.

[10]Kostinski A B and Boerner W M.On foundations of radar polarimetry[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1986, 34(12): 1395–1404.

[11]Boerner W M, Yan W L, Xi A Q, et al..On the basic principles of radar polarimetry-the target characteristic polarization state theory of Kennaugh, Huynen’s polarization fork concept, and its extension to the partially polarized case[J].Proceedings of the IEEE, 1991, 79(10): 1538–1550.

[12]Giuli D.Polarization diversity in radars[J].Proceedings of the IEEE, 1986, 74(2): 245–269.

[13]van Zyl J J, Zebker H A, and Elachi C.Imaging radar polarization signatures: theory and observation[J].Radio Science, 1987, 22(4): 529–543.

[14]Zebker H A and Van Zyl J J.Imaging radar polarimetry: a review[J].Proceedings of the IEEE, 1991, 79(11): 1583–1606.

[15]Weadon M, Heinselman P L, Forsyth D, et al..Multifunction phased-array radar[J].Bulletin of the American Meteorological Society, 2009, 90(3): 385–389.

[16]Weber M E, Cho J Y N, Herd J S, et al..The next generation multi-mission U.S.Surveillance radar network[J].Bulletin of the American Meteorological Society, 2007, 88(11): 1739–1751.

[17]Rodriguez-Cassola M, Prats P, Schulze D, et al..First biostatic spaceborne SAR experiments with TanDEM-X[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2012, 9(1): 33–37.

[18]Shimada M, Tadono T, and Rosenqvist A.Advanced Land Observing Satellite (ALOS)and monitoring global environmental change[J].Proceedings of the IEEE, 2010, 98(5): 780–799.

[19]Doviak R J, Bringi V, Ryzhkov, et al..Considerations for polarimetric upgrades to operational WSR-88D radars[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2000, 17(3): 257–278.

[20]Doviak R J and Zrnic D S.WSR-88D radar for research and enhancement of operations: polarimetric upgrades toimprove rainfall measurements[EB/OL].http://publications.nssl.noaa.gov/wsr88d_reports/2pol_upgrades.pdf, 1998.

[21]Krasnov O A, Ligthart L P, Li Z, et al..The PARSAX - full polarimetric FMCW radar with dual-orthogonal signals[C].European Radar Conference, Delft, the Netherlands, 2008: 84–87.

[22]陳思偉, 代大海, 李盾, 等.Radarsat-2 的系統(tǒng)組成及技術(shù)革新分析[J].航天電子對(duì)抗, 2008, 24(1): 33–36.Chen Si-wei, Dai Da-hai, Li Dun, et al..Constitution and technical advancements of Radarsat-2[J].Aerospace Electronic Warfare, 2008, 24(1): 33–36.

[23]Stone M L and Banner G P.Radars for the detection and tracking of ballistic missiles, satellites, and Planets[J].Lincoln Laboratory Journal, 2000, 12(2): 217–244.

[24]Titin-Schnaider C and Attia S.Calibration of the MERIC full-polarimetric radar: theory and implementation[J].Aerospace Science and Technology, 2003, 7(8): 633–640.

[25]楊建宇.雷達(dá)技術(shù)發(fā)展規(guī)律和宏觀趨勢(shì)分析[J].雷達(dá)學(xué)報(bào), 2012, 1(1): 19–27.Yang Jian-yu.Development laws and macro trends analysis of radar technology[J].Journal of Radars, 2012, 1(1): 19–27.

[26]Ventura J F I.Design of a high resolution X-band Doppler polarimetric weather radar[D].Delft University of Technology, 2009.

[27]Unal C M H.Spectral polarimetric radar clutter suppression to enhance atmospheric echoes[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2009, 26(9): 1781–1797.

[28]Brunkow D, Bringi V N, Kennedy P C, et al..A description of the CSU-CHILL national radar facility[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2000, 17(12): 1596–1608.

[29]王雪松, 王劍, 王濤, 等.雷達(dá)目標(biāo)極化散射矩陣的瞬時(shí)測(cè)量方法[J].電子學(xué)報(bào), 2006, 34(6): 1020–1025.Wang Xue-song, Wang Jian, Wang Tao, et al..Instantaneous measurement of radar target polarization scattering matrix[J].Acta Electronica Sinica, 2006, 34(6): 1020–1025.

[30]王雪松, 李永禎, 戴幻堯, 等.瞬態(tài)極化雷達(dá)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究[J].科學(xué)通報(bào), 2010, 55(10): 938–944.Wang Xue-song, Li Yong-zhen, Dai Huan-yao, et al..Research on instantaneous polarization radar system and external experiment[J].Chinese Science Bulletin, 2010, 55(10): 937–944.

[31]莊釗文, 徐振海, 肖順平, 等.極化敏感陣列信號(hào)處理[M].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2005.Zhuang Zhaowen, Xu Zhenhai, Xiao Shunping, et al..Signal Processing of Polarization Sensitive Array[M].Beijing: National Defense Industry Press, 2005.

[32]徐友根, 劉志文, 龔曉峰.極化敏感陣列信號(hào)處理[M].北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2013.Xu Yougen, Liu Zhiwen, and Gong Xiaofeng.Signal Processing of Polarization Sensitive Array[M].Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2013.

[33]Showman G A, Melvin W L, and Belenkii M.Performance evaluation of two polarimetric STAP architectures[C].Proceedings of the IEEE Radar Conference, Huntsville, Alabama, USA, 2003: 59–65.

[34]Ferro-Famil L, Cristallini D, Colone F, et al..Exploiting polarization together with space-time adaptive processing for GMTI in high resolution SAR images[C].Proceedings of the European Conference on Synthetic Aperture Radar, Aachen, Germany, 2010: 402–405.

[35]Fante R L and Vaccaro J J.Evaluation of adaptive spacetime-polarization cancellation of broadband interference[C].Proceedings of the IEEE Position Location and Navigation Symposium, Palms Springs, California, USA, 2002.

[36]Hurtado M, Xiao J J, and Nehorai A.Adaptive polarimetric design for target estimation, detection, and tracking[J].IEEE Signal Processing Magazine, 2009, 26: 576–587.

[37]Fulton C and Chappell W J.Calibration of a digital phased array for polarimetric radar[C].The IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Anaheim, California, USA, 2010: 161–164.

[38]Bencheikh M L and Wang Y.Combined esprit-rootmusic for DOA-DOD estimation in polarimetric bistatic MIMO radar[J].Progress in Electromagnetics Research Letters, 2011, 22: 109–117.

[39]Pathak P H, Carluccio G, and Albani M.The uniform geometrical theory of diffraction and some of its applications[J].IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2013, 55(4): 41–69.

[40]Aguilar G A and Pathak P H.A time domain formulation of the uniform geometrical theory of diffraction for scattering from a smooth convex surface[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2013, 61(10): 5144–5154.

[41]Weinmann F.UTD shooting-and-bouncing extension to a PO/PTD ray tracing algorithm[J].Applied Computational Electromagnetics Society Journal, 2009, 24(3): 281–293.

[42]Chew W C, Jin J M, and Song J M.Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics[M].Boston: Artech House, 2001.

[43]胡俊, 聶在平, 王軍, 等.三維電大目標(biāo)散射求解的多層快速多極子方法[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 19(5): 509–514.Hu Jun, Nie Zai-ping, Wang Jun, et al..Multilevel fast multipole algorithm for solving scattering from 3-D electrically large object[J].Chinese Journal of Radio Science, 2004, 19(5): 509–514.

[44]Ergul O and Gurel L.Efficient parallelization of themultilevel fast multipole algorithm for the solution of largescale scatterig problems[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2008, 56(8): 2335–2344.

[45]Mortensen H B.Implementation of bistatic polarimetric calibration procedure for the EMSL[R].European Microwave Signature Laboratory, 1995, 25.

[46]Krogager E.Aspects of polarimetric radar imaging[D].Technical University of Denmark, 1993.

[47]Cameron W L, Youssef N N, and Leung L K.Simulated polarimetric signatures of primitive geometrical shapes[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1996, 34(3): 793–803.

[48]Freeman A and Durden S L.A three-component scattering model for polarimetric SAR data[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1998, 36(3): 963–973.

[49]Yamaguchi Y, Sato A, Boerner W M, et al..Fourcomponent scattering power decomposition with rotation of coherency matrix[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2011, 49(6): 2251–2258.

[50]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.

[51]Chen S W, Li Y Z, Wang X S, et al..Modeling and interpretation of scattering mechanisms in polarimetric SAR: advances and perspectives[J].IEEE Signal Processing Magazine, 2014, 31(4): 79–89.

[52]Hurst M P and Mittra R.Scattering center analysis via prony’s method[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1987, 35(8): 986–988.

[53]Potter L C, Chiang D M, and Carriere R.A GTD-based parametric model for radar scattering[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1995, 43(10): 1058–1067.

[54]Potter L C and Moses R L.Attributed scattering centers for SAR ATR[J].IEEE Transactions on Image Processing, 1997, 5(1): 79–91.

[55]Gerry M J, Potter L C, and Gupta I J.A parametric model for synthetic aperture radar measurements[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1999, 47(7): 1179–1188.

[56]Jackson J A and Moses R L.Feature extraction algorithm for 3D scene modeling and visualization using monostatic SAR[J].Proceedings of SPIE, 2006, 6237(1): 55–66.

[57]李永禎, 肖順平, 王雪松, 等.雷達(dá)極化抗干擾技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2010.Li Yongzhen, Xiao Shunping, Wang Xuesong, et al..Radar Polarization ECCM Technology[M].Beijing: National Defense Industry Press, 2010.

[58]Nathanson F E.Adaptive circular polarization[C].IEEE International Radar Conference, Arlington, VA, USA, 1975: 221–225.

[59]Moisseev D N, Unal C M H, Russchenberg H W J, et al..Doppler polarimetric ground clutter identification and suppression for atmospheric radars based on co-polar correlation[C].Proceedings of International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, 2000, 1: 94–97.

[60]Unal C M H and Moisseev D N.Combined doppler and polarimetric radar measurements: correction for spectrum aliasing and non-simultaneous polarimetric measurements[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2004, 21(3): 443–456.

[61]張國(guó)毅, 劉永坦.高頻地波雷達(dá)的三維極化濾波[J].電子學(xué)報(bào), 2000, 28(9): 114–116.Zhang Guo-yi and Liu Yong-tan.Three dimension polarization filtering of HF ground wave radar[J].Acta Electronica Sinica, 2000, 28(9): 114–116.

[62]張國(guó)毅, 劉永坦.高頻地波雷達(dá)多干擾的極化抑制[J].電子學(xué)報(bào), 2001, 29(9): 1206–1209.Zhang Guo-yi and Liu Yong-tan.Polarization suppression of multidisturbance in HF ground wave radar[J].Acta Electronica Sinica, 2001, 29(9): 1206–1209.

[63]任博, 施龍飛, 王洪軍, 等.抑制雷達(dá)主波束內(nèi)GSM干擾的極化濾波方法研究[J].電子與信息學(xué)報(bào), 2014, 36(2): 459–464.Ren Bo, Shi Long-fei, Wang Hong-jun, et al..Investigation on of polarization filtering scheme to suppress GSM interference in radar main beam[J].Journal of Electronics & Information Technology, 2014, 36(2): 459–464.

[64]Lombardo P, Pastina D, and Bucciarelli T.Adaptive polarimetric target detection with coherent radar.Part I: Detection against Gaussian background[J].IEEE Transactions on Aerospace & Electronic Systems, 2001, 37(4): 1194–1206.

[65]Lombardo P, Pastina D, and Bucciarelli T.Adaptive polarimetric target detection with coherent radar.Part II: Detection against non-Gaussian background[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2001, 37(4): 1207–1220.

[66]莊釗文, 王雪松, 等, 雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別[M].北京: 高等教育出版社, 2015.Zhuang Zhaowen, Wang Xuesong, et al..Radar Target Reorganization[M].Beijing: Higher Education Press, 2015.

[67]肖順平.寬帶極化雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的理論與應(yīng)用[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 1995.Xiao Shunping.The theory and application of target recognition for wideband polarimetric radar[D].National University of Defense Technology, 1995.

[68]肖順平, 王雪松, 代大海, 等.極化雷達(dá)成像處理及應(yīng)用[M].北京: 科學(xué)出版社, 2013.Xiao Shunping, Wang Xuesong, Dai Dahai,et al..Polarimetric Radar Imaging Processing and Application[M].Beijing: Science Press, 2013.

[69]黃培康, 殷紅成, 許小劍.雷達(dá)目標(biāo)特性[M].北京: 電子工業(yè)出版社, 2005.Huang Peikang, Yin Hongcheng, and Xu Xiaojian.Radar Target Characteristic[M].Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2005.

[70]Jin Y Q.Theory and Approach of Information Retrievals from Electromagnetic Scattering and Remote Sensing[M].Berlin Heidelberg, New York: Springer, 2005.

[71]聶在平, 方大剛.目標(biāo)與環(huán)境電磁散射特性建模[M].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2009.Nie Zaiping and Fang Dagang.Modeling of Electromagnetic Scattering Characteristics of Target and Environment[M].Beijing: National Defense Industry Press, 2009.

[72]Chamberlain N F, Walton E K, and Garber F D.Radar target identification of aircraft using polarization-diverse features[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1991, 27(1): 58–67.

[73]習(xí)遠(yuǎn)望, 張江華, 劉逸平.空地導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭最新技術(shù)進(jìn)展[J].火控雷達(dá)技術(shù), 2010, 39(2): 17–22.Xi Yuan-wang, Zhang Jiang-hua, and Liu Yi-ping.The latest technique progress on air to ground radar seeker[J].Fire Control Radar Technology, 2010, 39(2): 17–22.

[74]Lee J S and Pottier E.Polarimetric Radar Imaging: From Basics to Applications[M].Boca Raton, US: CRC Press, 2009.

[75]van Zyl J J and Kim Y.Synthetic Aperture Radar Polarimetry[M].Hoboken, NJ: Wiley, 2011.

[76]Cloude S R.Polarization Application in Remote Sensing[M].New York, US: Oxford University Press, 2010.

[77]Yamaguchi Y.Radar Polarimetry from Basics to Applications: Radar Remote Sensing Using Polarimetric Information[M].IEICE Press, 2007.

[78]Boerner W M.Recent advances in extra-wide-band polarimetry, interferometry and polarimetric interferometry in synthetic aperture remote sensing and its applications[J].IEEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation, 2003, 150(3): 113–124.

[79]吳一戎, 洪文, 王彥平.極化干涉SAR 的研究現(xiàn)狀與啟示[J].電子與信息學(xué)報(bào), 2007, 29(5): 1258–1262.Wu Yi-rong, Hong Wen, and Wang Yan-ping.The currentstatus and implications of polarimetric SAR interferometry[J].Journal of Electronics & Information Technology, 2007, 29(5): 1258–1262.

[80]吳一戎.多維度合成孔徑雷達(dá)成像概念[J].雷達(dá)學(xué)報(bào), 2013, 2(2): 135–142.Wu Yi-rong.Concept of multidimensional space jointobservation SAR[J].Journal of Radars, 2013, 2(2): 135–142.

[81]Cloude S R and Papathanassiou K P.Polarimetric SAR interferometry[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1998, 36(5): 1551–1565.

[82]Reigber A.Airborne polarimetric SAR tomography[D].University of Stuttgart, 2001.

王雪松(1972–)，男，內(nèi)蒙古人，博士，教授，國(guó)防科技大學(xué)理學(xué)院院長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)闃O化信息處理、雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別、新體制雷達(dá)技術(shù)。

E-mail：wangxuesong@nudt.edu.cn

Status and Prospects of Radar Polarimetry Techniques

Wang Xuesong
(National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Radar polarimetry is an applied fundamental science field that is focused on understanding interaction processes between radar waves and targets and disclosing their mechanisms.Radar polarimetry has significant application prospects in the fields of microwave remote sensing, earth observation, meteorological measurement, battlefield reconnaissance, anti-interference, target recognition, and so on.This study briefly reviews the development history of radar polarization theory and technology.Next, the state of the art of several key technologies within radar polarimetry, including the precise acquisition of radar polarization information, polarization-sensitive array signal processing, target polarization characteristics, polarization antiinterference, and target polarization classification and recognition, is summarized.Finally, the future developments of radar polarization technology are considered.

Polarimetric radar; Radar imaging; Polarization precise measurement; Polarimetric calibration; Polarimetric filter; Target recognition; Anti-interference

TN953

A

2095-283X(2016)02-0119-13

10.12000/JR16039

2016-02-16；改回日期：2016-04-14；網(wǎng)絡(luò)出版：2016-04-25

王雪松 wxs1019@vip.sina.com

國(guó)家自然科學(xué)基金(61490690, 61490693, 61302143)

Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61490690, 61490693, 61302143)