合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別與仿真研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR)具有全天候、全天時(shí)成像、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于軍事目標(biāo)偵察、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、資源勘察等領(lǐng)域。其圖像信息提取多年以來(lái)一直被人們研究,是SAR圖像解譯(目標(biāo)識(shí)別)的關(guān)鍵步驟,在探測(cè)、成像、SAR圖像解譯中扮演著重要的角色。與SAR數(shù)據(jù)源的快速增長(zhǎng)相比,SAR圖像解譯技術(shù)的研究相對(duì)比較滯后。本文的研究重點(diǎn)是艦船、飛機(jī)和車輛等目標(biāo)的特征提取、特征仿真和目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別。
　　 根據(jù)目標(biāo)特征提取和目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別的研究過程

2、,在總結(jié)前人主要成果的基礎(chǔ)上開展了以下工作:
　　 1)對(duì)SAR圖像的特點(diǎn)以及SAR圖像中不同類型目標(biāo)的特征進(jìn)行了分析,詳細(xì)討論了SAR圖像中面目標(biāo)的紋理信息和常見的紋理分析方法。
　　 2)分析了SAR圖像預(yù)處理中的斑點(diǎn)噪聲特征,比較了各種消斑方法的優(yōu)缺點(diǎn)。斑點(diǎn)噪聲的存在影響了SAR圖像的質(zhì)量,本文采用小波閾值去噪的方法降低了SAR圖像中的斑點(diǎn)噪聲,利用Daubechies小波對(duì)圖像進(jìn)行2D小波變換,在閾值處理時(shí)采用了

3、分層閾值算法和軟-硬閾值折衷的方法。實(shí)驗(yàn)證明,該方法可以達(dá)到較好的去噪效果,并能保留邊緣等細(xì)節(jié)信息,有助于下一步的SAR圖像目標(biāo)特征、紋理特征提取工作。
　　 3)研究了Gabor濾波器組在紋理特征提取中的應(yīng)用。在詳細(xì)分析了Gabor濾波器的構(gòu)成和參數(shù)選擇的基礎(chǔ)上,構(gòu)造了多尺度、多方向的Gabor濾波器組,對(duì)要處理的SAR圖像進(jìn)行濾波得到了一系列不同尺度和不同方向上的濾波圖像。把提取濾波圖像中的局部極值點(diǎn)作為反映目標(biāo)信息的特征點(diǎn)

4、,用特征點(diǎn)附近的小鄰域能量之和表征該點(diǎn)所在區(qū)域信息。這是對(duì)高分辨率SAR圖像中艦船類大型目標(biāo)利用紋理特征進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的嘗試。實(shí)驗(yàn)表明,不同目標(biāo)的特征提取結(jié)果有較大差異,通過合理地設(shè)置閾值,可作為區(qū)分不同目標(biāo)的方法,這種特征可應(yīng)用于后續(xù)的SAR圖像目標(biāo)分類和目標(biāo)識(shí)別。
　　 4)重點(diǎn)討論了基于物理光學(xué)和幾何繞射理論的散射中心理論模型,對(duì)散射中心模型的各個(gè)參數(shù)在圖像域進(jìn)行了估計(jì),詳細(xì)分析了基于散射中心理論的SAR圖像目標(biāo)特征提取算法

5、,開發(fā)了SAR目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)軟件,采用了先估計(jì)目標(biāo)方位后識(shí)別目標(biāo)類型的目標(biāo)識(shí)別方法以提高目標(biāo)識(shí)別的效率,利用Delaunay三角化技術(shù)提高了目標(biāo)方位的估計(jì)精度。實(shí)測(cè)MSTAR(Moving and Stationary TargetAcquisition and Recognition)SAR圖像中目標(biāo)的識(shí)別結(jié)果表明了該方法的準(zhǔn)確性和有效性。
　　 5)實(shí)現(xiàn)了從目標(biāo)建模、散射計(jì)算到雷達(dá)圖像仿真的全過程。首先使用AutoCAD軟

6、件對(duì)目標(biāo)建模并進(jìn)行三角面元離散,采用反方向光學(xué)射線追蹤技術(shù)進(jìn)行消隱,以物理光學(xué)近似理論計(jì)算目標(biāo)的后向散射,最后利用逆合成孔徑雷達(dá)成像方法得到了目標(biāo)的雷達(dá)仿真圖像。球體的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了物理光學(xué)的正確性,坦克和飛機(jī)模型的仿真成像結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和CAD模型的對(duì)比進(jìn)一步證實(shí)了目標(biāo)仿真成像系統(tǒng)的有效性。
　　 6)利用歐洲非相干散射雷達(dá)的常規(guī)電離層探測(cè)數(shù)據(jù),分析了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中接收功率“突變”的現(xiàn)象。高度發(fā)生在500km以上的功率“突變”一般