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多通道SAR复图像域慢速运动目标多特征检测方法研究

田敏  
【摘要】:多通道合成孔径雷达能够对同一观测场景高效地完成多帧成像,利用多帧复图像的空时联系进一步提升动目标的检测性能与定位精度,在军事情报获取与交通监视领域发挥着至关重要的作用。合成孔径雷达由于平台的运动导致地/海杂波的多普勒谱展宽,慢速运动目标会淹没在杂波背景中,需要进行杂波抑制来实现动目标检测。在实际环境中,杂波分布非均匀,内部起伏运动引起时间、空间去相关,雷达非正侧视工作时杂波空时二维谱随空间快速变化,加之雷达系统的幅度和相位响应误差,导致自适应杂波抑制能力恶化,动目标检测虚警概率升高,雷达系统的最小可检测速度变差。针对实际背景下动目标检测的关键问题,本文综合利用多通道合成孔径雷达复图像域的信号幅度、相位、干涉幅度、干涉相位、滤波响应损失以及运动舰船的尾迹等多特征以提升慢速目标的检测性能,主要研究工作概括如下:1.在复杂地杂波背景下,针对利用杂波抑制残差图的动目标检测方法存在虚警概率高、慢速低信噪比目标检测困难的问题,提出了一种基于滤波响应损失的两步检测方法。该方法首先进行稳健的场景杂波抑制处理,并采用较低的幅度检测门限初步检测出潜在目标,旨在提升慢速、低信噪比目标的检测概率;然后,根据潜在目标在杂波抑制前后的功率变化构造滤波响应损失检测量进行二次检测以剔除虚警。推导了该两步检测方法在非均匀杂波背景下的统计分布特性,并给出了自适应检测门限的计算方式。实验结果表明,相比于广义内积似然比、干涉幅度相位两步检测以及干涉幅度相位结合方法,所提方法能够改善非均匀杂波背景下低信噪比动目标的检测性能,获得更好的动目标最小可检测速度。2.在海杂波背景下,针对现有运动舰船目标检测方法存在虚警概率高、动目标检测盲速区大的问题,提出了一种基于干涉幅度与相位自适应融合的无盲速舰船目标检测方法。首先,联合复干涉图像的幅度、相位以及空间结构信息设计了一种干涉双边滤波处理算法,以平滑噪声,并保持物体的空间结构,可以获得更加准确的干涉信息测量结果。然后,利用高斯核函数构造了一种基于干涉幅度与相位自适应融合的目标检测准则,并根据复合高斯杂波模型推导了该检测量的概率密度函数,给出了自适应检测门限的计算方式。理论分析表明,对于盲速区的动目标,该检测准则可以自动退化为幅度检测量以避免检测盲速;对于非盲速区的目标,该准则通过融合干涉幅度与相位信息来增加舰船目标与背景的对比度,提升低信噪比目标的检测性能。机载实测数据处理结果表明,所提出的干涉双边滤波多视处理算法可以有效地平滑噪声,提升干涉信息的测量精度;干涉幅度与相位自适应融合的目标检测准则改善了动目标的检测盲速问题,提高了低信噪比运动舰船目标的检测性能。3.为缓解海杂波背景下低信噪比、小尺寸运动舰船目标检测概率低的问题,在沿航迹干涉合成孔径雷达系统下,提出一种尾迹特征辅助的运动舰船目标检测方法。该方法首先综合利用干涉幅度、干涉相位以及尾迹的形态特征来提升舰船尾迹的检测性能。然后,一方面利用尾迹特征构造待检测舰船目标的位置和沿航迹干涉相位模板;另一方面,在复干涉图像域构造一种多特征融合的检测量,并以较低的检测门限初步检测出潜在舰船目标。最后,将潜在舰船目标与生成的舰船模板一一匹配来剔除虚警。通过仿真实验验证了所提方法对升低可观测舰船目标的检测性能的改善。


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