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基于星载简缩极化SAR的海上舰船目标检测方法研究

王海波  
【摘要】:简缩极化合成孔径雷达(Compact Polarimetric Synthetic Aperture Radar,CP SAR)是一种新兴的极化SAR系统,能够在降低系统设计复杂度的情况下保持较好的全极化信息,具有较大的应用和发展潜力。与全极化SAR相比,简缩极化SAR因其系统简单且能够获取更大幅宽的图像,在海洋监视方面具有先天的优势,基于星载简缩极化SAR的海上舰船目标检测是当今极化SAR海洋遥感领域研究的热点问题。因此,星载简缩极化SAR图像舰船目标检测技术研究具有重要的理论意义和实用价值。本文针对星载简缩极化SAR图像的海上舰船目标检测问题,从全极化信息重建、极化特征参数提取以及简缩极化SAR舰船目标检测方法等方面进行了系统研究。主要工作和创新点如下:1、研究实现了两种典型的基于简缩极化数据的全极化信息重建方法,并通过实测数据的实验结果,对比分析了其重建性能。首先,详细推导了三种简缩极化模式的散射矢量和协方差矩阵。其次,利用Souyris重建模型和Nord重建模型分别对三种模式下的简缩极化数据进行重建。最后,通过NASA/JPL AIRSAR机载实测全极化数据分别模拟三种模式的简缩极化数据进行实验,结果表明,两种重建方法对森林茂密地区的重建结果较为准确,但是在海洋地区效果并不是很好。2、研究了简缩极化SAR特征参数提取方法,实验对比分析了不同极化特征参数对舰船检测性能的影响。对舰船目标检测中常用的极化特征参数进行研究,分别提取了全极化和简缩极化的极化特征参数。由于舰船目标对不同的极化特征参数“敏感性”不同,本文采用直方图分析、归一化距离、相似度比较、CFAR检测结果对比等方式对选取的8种极化特征参数进行实验。通过Radarsat-2星载全极化实测数据模拟CTLR模式的简缩极化数据进行实验,结果表明,共极化系数、极化熵、极化度在舰船目标检测上有较好的检测性能,但是无论单独采用哪一种极化特征参数进行检测,都无法取得较好的检测结果。因此,有必要充分利用简缩极化信息,采用多种极化特征参数进行舰船目标检测。3、提出了一种基于特征向量加权SVM的简缩极化SAR图像舰船目标检测方法,实测数据的实验结果表明,该方法能有效去除虚警和模糊噪声,取得较好的舰船检测结果。首先,对简缩极化的极化参数进行提取,针对多种极化特征参数的优选问题进行研究,构造加权特征向量。其次,基于加权SVM分类器对CTLR模式简缩极化SAR图像舰船目标进行检测。最后,利用m-χ分解后三个分量对应不同散射机制的差异进行虚警去除。通过NASA/JPL AIRSAR机载以及Radarsat-2星载全极化SAR实测数据模拟的CTLR模式简缩极化数据实验结果表明,该方法能有效检测出舰船目标的同时去除了虚警和模糊噪声。


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