对海雷达回波极化特性研究是对海雷达目标识别以及抗干扰技术发展的基础.对海雷达回波信号包括目标信号和海杂波，其中，目标通常是飞机、舰船、弹头或无人机，而海杂波是制约雷达探测性能的关键因素.本文归纳总结了国内外在海杂波、目标（飞机、舰船、弹头以及无人机）极化特性方面的研究现状和主要研究结论，并对后续工作进行了展望.

目标极化特性是全极化雷达导引头信号算法的重要先验知识，开展地海杂波极化特性的理论与实验研究对极化导引头的研制意义重大.地海杂波的时频域和极化域统计特性是设计雷达导引头抗干扰算法的基础.基于本实验室研制的Ku波段双极化平板裂缝天线，在山东莱州地区某实验现场，开展了垂直和水平极化基下地海杂波频域和极化域实验研究，获取了大量的全极化回波实验数据.文中重点从极化度、极化不变量和极化分解探索给定条件下的地海杂波极化特性，并进行了实验数据的处理和分析.在Ku波段，三种典型环境下的杂波具有较高的极化度，极化特征明显，且杂波的极化特性随频率变换明显，表现出极化对频率的敏感特性；三种杂波的极化不变量存在显著差别，且随着频率显著变化；数据的极化分解结果验证了三种杂波均存在主散射机制.地海杂波实验研究结果为设计雷达导引头中极化滤波和极化识别算法提供了重要基础，测试数据也可为工程实践提供应用参考.

文中介绍了获取Ka波段海杂波的试验条件，并利用获取的实测数据进行了杂波特性分析.发现：HH极化与VV极化下海杂波的幅度分布区别不大，与瑞利、韦布尔及K分布拟合程度较为接近，与理论分析基本一致；海杂波时间相关性很短，在不同极化方式下变化不大；其空间相关长度约为4 m，且随着擦地角增加而略有增加.此外比较分析了HH和VV两种极化下海杂波后向散射系数随擦地角的变化趋势，在低擦地角情况下，VV极化条件下的海杂波后向散射系数高于HH极化.本文的研究结果为海杂波背景下低空小目标的检测研究提供了更加丰富有利的支撑.

文中提出一种基于角反射器的箔条雷达散射特性增强方法，旨在通过增强单根箔条的散射特性，利用有限数量的箔条实现海量箔条云团的雷达散射截面积（radar cross section，RCS）.在传统"偶极子"箔条的基础上，利用圆板角反射器结构的强散射特性来增强箔条的电磁散射.同时，为了兼顾各个方向上的电磁散射，利用多个圆形角反射器拼接成为外轮廓为球形的强散射结构，通过调节球形结构的半径，可以实现对单个箔条和箔条阵列RCS的控制.最后，将单个箔条组成阵列，形成新型箔条结构.对工作频率、入射角度、球形包络半径等不同参数下基于角反射器散射增强的箔条雷达散射特性进行了仿真分析，结果表明利用新型箔条散射增强结构，能使单根箔条的RCS增大30 dBm²以上.

针对极化相控阵雷达应用背景，提出了一种基于电磁调控液晶的二维方向图可重构双正交极化阵列天线设计方法.该阵列天线设计由两种极化方式的亚波长超表面天线线阵交替排列构成，线阵上的单元均有两种工作状态，且每个单元都可以独立控制.该天线在一个方向维度上利用液晶超材料结构的电磁调控能力采用全息方向图综合方法实现了两个极化方式的独立调控，另一个方向维度上采用外部移相器对两个极化方式进行分别调控，创新地在两个方向维度上分别实现了正交极化信号的同时方向图重构，并确保了正交极化在二维方向图重构的一致性和良好的隔离度.仿真结果表明在法线两个正交极化的主瓣电平差小于0.01 dB，波束指向角为-40°时两个正交极化的的主瓣电平差小于0.02 dB.文章提出的双极化液晶阵列天线设计和方向图综合方法具有正交极化一致性好、结构简单等特点，并具有低功耗、低损耗、低成本制造、轻薄等优点，为小型全极化相控阵雷达精确信号制导应用提供了一个新颖的设计方案.

在超宽带相位干涉仪体制测角系统的使用过程中发现，该体制对天线极化特性敏感，严重影响测角精度，尤其在低频段表现明显.文章对一种超宽带Vivaldi天线的极化特性进行了建模，从理论上分析了天线极化特性对来波信号极化测量的影响，其导致相位干涉仪测角系统精度降低.最后，试验测试证明了天线交叉极化特性对相位干涉仪测角精度的负面影响，并提出一种通过修正接收天线极化特性提高测角精度的途径，试验结果表明其可以显著提高测角精度.

从高分辨一维距离像（high range resolution profile，HRRP）出发，针对HRRP姿态敏感以及锥体目标识别中姿态获取困难的问题，推导分析了散射中心极化比与锥体目标姿态的关联关系，提出了基于散射中心极化比姿态反演的方法：利用散射中心参数估计模型对锥体目标不同极化下的宽带数据进行分析，分别提取其散射中心参数，同时计算散射中心参数的极化比，并与理论的极化比曲线进行匹配，最终获取目标的姿态角.基于球头锥的数值计算与极化特征提取结果验证了方法的有效性.利用此方法能够做到对目标姿态的快速反演，为进一步的目标识别提供支撑.

针对雷达在低信噪比（signal to noise ratio，SNR）条件下对运动目标的检测和跟踪难题，提出了一种基于粒子滤波（particle filter，PF）的双极化雷达运动目标检测前跟踪（track before detect，TBD）算法，又称联合粒子滤波检测前跟踪（joint particle filter-track before detect，JPF-TBD）方法.该算法借鉴传统的TBD算法处理框架，以经典PF算法为基础，使用双通道幅度相位似然比函数计算粒子权值，并实现了完整的PF过程.与同类研究相比，所提算法能够充分利用双极化雷达各通道幅度和相位信息，进一步扩展了PF算法的应用范围.仿真实验表明：在SNR>10 dB，虚警概率为10^-6的情况下所提算法对目标的检测概率大于0.8.

干扰和目标回波同时位于雷达主瓣时，能够改变天线口面的相位波前，严重干扰雷达角度测量.为解决这个难题，提出了基于极化信息的单脉冲处理方法，将雷达改进为双极化接收，并增加相应的和差网络，得到六路带极化信息的和差信号，带入本文设计的解析公式进行解算，可以避免角度估计中因为干扰产生的耦合误差，确保准确的雷达测角及跟踪.仿真结果证明，该方法能够在干扰条件下得到正确的角度估计，使对抗拖曳式诱饵干扰的工程实现更加简洁高效，对于提升雷达的抗干扰能力具有重要意义.

高频地波雷达（high-frequency surface wave radar，HFSWR）中电离层杂波的存在，会极大地影响雷达系统的性能，降低对目标的探测能力.为了精确获得杂波参数，从而更好地抑制电离层杂波，提出了一种基于压缩感知（compressive sensing，CS）的单快拍参数估计方法，用于对电离层杂波的空域和极化域参数估计.该方法基于极化敏感阵列的块稀疏估计模型，应用块正交匹配追踪（block orthogonal matching pursuit，BOMP）算法实现距离-多普勒域的单快拍空间角度和极化参数联合估计，并进一步获得目标和杂波的空间角谱和极化谱.该方法适用于任意极化敏感阵列，在距离-多普勒域单快拍条件下，其估计性能优于传统方法，且计算复杂度极低，可以实现实时处理.仿真结果和某HFSWR系统实测数据处理结果表明了参数估计方法的有效性.

极化合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）包含了丰富的目标散射信息，已被广泛用于海上船只检测.文中将机器视觉中基于残差谱视觉显著性区域提取方法扩展到极化SAR船只检测.首先，全面分析SAR极化特征的船海区分能力，利用5景RADARSAT-2全极化数据，对比45种极化特征的船海欧式距离、巴氏距离和对比度，筛选出16个船海对比度大于20 dB的极化特征；其次，挑选出适用于残差谱显著性区域提取船只检测的极化特征组合，通过特征间互信息、图像对数谱特性分析，确定利用相干矩阵的三个幅度极化特征组合成RGB图像进行船只检测；最后，将本文方法与基于恒虚警率的方法比较.在测试图像中，传统方法的品质因数小于0.9，本文方法的品质因数为0.95.本文方法能够很好地抑制虚警，同时还可直接提取出目标的轮廓等几何信息，具有一定的应用前景.

超像素分割在图像分割领域以其优异的性能表现被广泛应用，准确性和高效性是评价分割性能的重要指标.简单线性迭代聚类（simple linear iterative clustering，SLIC）方法在光学图像上表现出了优异的性能，在极化合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）图像中也被广泛应用，然而SLIC方法中的初始化步骤不能准确地定位类中心，需要多次的迭代纠正误差.改进的分水岭方法（spatial constrained watershed，SCoW）是一种基于梯度阈值区分的简单且高效的分割方法，但是不能直接用于极化SAR图像.本文受SCoW的启发，提出一种对SLIC进行预处理的分割方法，通过横虚警（constant false alarm rate，CFAR）边缘检测器计算得到极化SAR图像的梯度信息，并将梯度信息用于初始化分割.基于两幅实测极化SAR图像，将本文提出方法与其他三种方法对比.实验表明本文方法可以减少整个算法的迭代次数，得到更加符合图像信息、贴合图像边界的分割结果.

在极化合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）图像理解和解译中，地物分类是重要的应用方向之一.为了研究多角度极化SAR图像的地物分类，文中基于极化统计特征差异性顺序，给出了多角度极化分解特征序列构建方法.首先，采用基于Wishart分布的统计量对非各向同性散射中心进行检测，并逐像素生成基于散射特征差异的新序列图像.然后，面向多种极化特征分解模型，提出通用的多角度极化特征一阶差分序列描述方法及编码方法，包括Yamaguchi四分量分解、Krogager分解以及H/A/Alpha分解，得到多维特征参数序列.最后，通过两种方法对比后最终选用支持向量机（support vector machine，SVM）方法对特征序列进行分类.通过机载P波段极化SAR开展360°观测试验，验证了该方法的有效性，并展示出在地物分类方面的应用潜力.

Marino于2012年提出了一种极化凹口滤波器（polarimetric notch filter，PNF）^[1]，引起了业界内的广泛关注，但至今尚未查询到公开文献将其与极化合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar，PolSAR）图像目标恒虚警率（constant false alarm rate，CFAR）检测领域内著名的极化白化滤波器（polarimetric whitening filter，PWF）进行比较.文章推导了G0-Wishart分布下PWF输出像素强度的概率密度函数（probability density functions，PDF）和虚警概率（probability of false alarm，PFA），进而给出了检测门限的解析表达式.最后利用仿真数据和来自AIRSAR的实测数据对PNF与PWF的性能进行了比较，结果表明一般情况下PWF的整体检测效能优于PNF，而PNF对不同统计模型的适应性优于PWF，在高海况情形下的检测性能比PWF要好.研究结果对极化SAR图像CFAR检测方法的选择具有理论指导意义.

随着高分辨率合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）技术的不断发展，船只类型识别已成为遥感领域的重要研究课题.为满足在大样本支撑下的船只类型精确识别，文章利用RADARSAT-2和中国高分3号（GF-3）SAR数据构建了名为HR4S的高分辨率SAR船只样本集，详细阐述了构建HR4S的方法，并建立了一套完整的船只样本提取流程.该样本集涵盖1 962个不同极化方式、分辨率以及类型的船只样本，在此基础上开展了船只几何参数分析，以及不同分类器与特征组合的船只类型识别性能分析等方面工作.结果表明：RADARSAT-2在HH、VH、VV极化中提取的几何参数均优于GF-3，并且航向在VV极化对船只几何提取影响最小；在类型识别性能上，随机森林（random forest，RF）分类器对GF-3船只分类精度最优达到了61.85%，而对于RADARSAT-2的船只分类精度最优达到了60.80%，GF-3船只分类精度优于RADARSAT-2.本文所构建的HR4S不仅进一步完善了高分辨率船只样本，并且在海上船只类型识别等方面具有的重要意义.

高分三号（GF-3）是我国第一颗多极化雷达卫星，主要用于海洋遥感和海面监测，其中海陆分割是重要的预处理步骤.文章针对GF-3多极化合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）的精准海陆分割，提出了创新的混合策略方法，可提高分割性能对于相干斑噪声、风浪、成像等因素的稳健性.针对不同的极化通道采取三种不同的策略：1）对数混合高斯模型，用于确定海陆比，将纯陆地和纯海洋图像与海陆图像区分开，同时根据混合模型参数对海陆图像进行精细聚类；2）大津法，通过分别在对数域和复数域实现类间方差最大化，产生基于灰度信息的海陆掩膜；3）对数累积量，分析纹理信息，通过对数二阶矩与对数三阶矩之间的联系判断海陆大致分布，用作对投票机制产生的海陆掩膜进行验证与再分割，增强海陆分割精确性.针对大量GF-3数据进行实验，结果均达到理想效果，具备实际应用价值.

受各种非理想因素的影响，极化测量雷达难以直接测得目标准确的极化散射矩阵（polarization scattering matrix，PSM），因此，高精度极化标定是准确获取和利用目标极化信息的基础.本文从极化标校的基本原理出发，建立了PSM测量的误差模型，分析了主要误差因素对PSM测量结果的影响，阐述了无源和有源极化标定方法并对其性能和适用场景进行比较，分析了极化标校器的参数对极化标校精度的影响.分析结果表明，目标的交叉极化分量与极化测量雷达系统的极化隔离度处在相同水平时，目标的交叉极化分量测量结果会明显偏离其真值，通过极化隔离度优于测量系统隔离度无源或有源极化定标体对系统进行标校可以减小系统极化隔离度带来的测量误差.本文工作为极化定标体的研制和全极化测量雷达的系统标校奠定了基础.