全极化的问题

全极化SAR可提供能够更全面描述地物目标的全极化信息，但是存在以下缺点：

系统设计复杂度高，对天线设计要求高；
成像幅宽度小，仅为单/双极化SAR的一半；
具有４倍于单极化SAR的数据率；
平均功率大于单极化SAR的两倍；
大视角交叉极化距离模糊恶化；

传统单、双极化SAR，虽然能够降低成本，但相对于全极化系统，无法提供较全面目标散射信息。

简缩极化（Compact Polarimetric, CP）SAR可以不进可以降低系统成本，还可以权衡对地观测范围与数据质量、数据信息等特性之间的关系，可以归纳为以下几点：

与传统正交线极化相比，不存在同极化与正交极化的差异，具有良好的通道一致性，从而降低补偿及定标系统的复杂性，并避免了补偿过程对交叉极化通道系统噪声的放大作用，提高对弱反射目标的极化成像质量。
相同观测区域，数据量比全极化小；相同PRF，测绘带比全极化大。这一特点在广阔的海面上检测舰船具有得天独厚的优势。
接收通道功率的相似性，使星上数据压缩成为可能。
仅需要两个单极化天线，即可实现满足不同对地观测需求的多种观测模式

简缩极化基本理论

简缩极化定义

简缩极化（Compact Polarimetry）的思想就是针对现有星载极化 SAR 体制的设计问题而提出，是在正交线极化发展之后提出的新体制。它根据极化基变换理论和极化合成理论对发射极化状态进行改良形成了空间极化合成体制：通过移相器控制同时从H、V极化天线辐射的电场的相位差形成一个π/4线极化或圆极化发射波（左旋或右旋），并同时接收H和V极化天线的回波。

简缩极化的分类

简缩极化 SAR 不再局限于发射线极化/接收线极化的传统模式，采用不同的收发极化组合，可以满足不同的系统要求。目前，简缩极化的基本模式有三种：π/4 模式，CL模式和CC模式。

π/4 模式

发射相对于垂直极化方向和水平极化方向均为45度夹角的线极化波，仍然接收水平和垂直极化波，2002年由Souyris提出[1]。

CC模式（双圆极化）

发射左旋或右旋圆极化波，接收正交的左旋圆极化波和右旋圆极化波，2006年由Stacy和Preiss提出[2]。

CL模式（混合极化）

发射左旋或右旋圆极化波，接收水平或者垂直极化波，2007年由Raney提出[3, 4]。

CL模式是CC模式和π/4 模式的线性组合；

CL模式比CC模式更简单稳定，具有一定的自校正与抗噪声干扰能力。

简缩极化的关键问题与难点

在系统设计方面，简缩极化需要发射 π/4 线极化或圆极化波，目前正在研制的星载简缩极化 SAR系统基于平台重量的限制，不依靠搭载更多天线来发射简缩极化需要的特殊极化波，而是通过同时激励 H 和 V 极化天线合成，如何保证发射极化信息的准确性十分关键。
由于简缩极化通道数据减少，已有的极化理论和方法无法直接应用于简缩极化的数据处理。目前，已经发展出两套简缩极化数据处理的方法：一是由简缩极化数据重建全极化信息，二是直接利用简缩极化数据。对两种方法的适用性，在不同简缩极化模式、不同波段、不同地物目标处理结果的极化信息理解和有效性分析，尚需理论和实验的分析验证。
对于不同的应用，所需要的极化信息是不同的。针对具体应用的信息处理和提取方法，是简缩极化技术实现的关键。
对于全极化 SAR 数据定标，具有完备的定标系统，通过建立目标真实散射矩阵与实际测量值的关系，即实现四极化通道的标定。而简缩极化 SAR 系统只接收两个通道数据，使得极化定标可用的先验信息减少；同时由于这类系统收发极化方式的多样性（包括多种收发极化组合的简缩极化模式），目前还没有通用的定标算法。
缺少实际数据。迄今，尚未有对地观测简缩极化 SAR 系统投入使用。已经发射的月球观测星载简缩极化系统任务已经结束（印度 Chandrayaan-1， 2008~2009；美国 LunarReconnaissance Orbiter， 2009~2010），且未有数据公开发布。目前的简缩极化研究都是基于全极化数据的极化合成，缺乏真实数据增加了研究的困难。

Sinclair矩阵法模拟简缩极化

由于没有简缩极化实际数据，文献中多使用全极化Sinclair矩阵[5]（极化散射矩阵）模拟其目标散射矢量。

对于一个全极化数据，其Sinclair矩阵可以表示为

上式中，Shh ，Shv ，Svh ，Svv 分别表示不同极化状态下的SAR图像的测量值（是一个复数）。

简缩极化SAR目标散射矢量可由全极化SAR数据散射值模拟，具体如下：

π/4 模式

CC 模式

CL 模式

参考文献

1. Souyris, J.C., et al., Compact polarimetry based on symmetry properties of geophysical media: the /spl pi//4 mode. IEEE Transactions on Geoscience & Remote Sensing, 2005. 43(3): p. 634-646.

2. Stacy, et al., Compact Polarimetric Analysis of X-Band SAR Data. 2006.

3. Raney, R.K., Dual-Polarized SAR and Stokes Parameters. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2006. 3(3): p. 317-319.

4. Raney, R.K., Hybrid-Polarity SAR Architecture. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2007. 45(11): p. 3397-3404.

5. Charbonneau, F.J., et al., Compact polarimetry overview and applications assessment. Canadian Journal of Remote Sensing, 2014.