基于紧缩极化SAR的船只目标检测方法研究

摘要

紧缩极化是一种新的合成孔径雷达(SAR)工作模式。由于紧缩极化SAR幅宽远大于全极化SAR，且极化信息远比单极化SAR和双极化SAR丰富，在海上交通运输，渔业管理等领域应用潜力巨大，近年来逐渐成为研究的热点。本文研究了紧缩极化SAR特征的船只目标检测性能及船海散射特性差异，构建了紧缩极化SAR船只目标散射模型，提出了新的紧缩极化SAR特征参数，发展了一种紧缩极化SAR的船只目标检测方法。主要工作有:
　　(1)基于紧缩极化分解理论和重构的紧缩极化SAR数据，本文全面分析了得到的36个紧缩极化特征的船海散射特性差异，并利用船海距离评价了其船只目标检测性能，得到了6个最优的紧缩极化SAR船只目标检测特征，分别为圆度，相对相位，圆极化比，散射角，紧缩极化散射角和椭圆方位角。
　　(2)针对上述圆度等6个紧缩极化特征，本文统计分析了其船海对比度，入射角，窗口大小和船只长度对船只目标检测性能的影响，为后续紧缩极化SAR船只目标检测相关研究提供参考。
　　(3)基于紧缩极化散射矢量和X-Bragg散射模型，建立了紧缩极化SAR船只目标检测模型。基于上述模型，本文以圆极化比，相对相位，圆度为例分析了紧缩极化SAR特征的船只目标和海面散射特性差异。在此基础上，提出了新的紧缩极化特征参数，称为相位因子。与其他6个紧缩极化SAR特征相比，综合分析了相位因子的优势，首先利用紧缩极化SAR船只目标散射模型推导了相位因子的旋转不变特性，相位因子的特征值与海面粗糙度无关，证明了相位因子的稳定性，其次，与其他6个紧缩极化SAR特征相比，5景影像中，相位因子特征的船海距离为其他特征船海距离的1-3倍不等，证明了基于相位因子的船只目标检测性能最优。
　　(4)发展了基于相位因子的紧缩极化SAR船只目标检测算法，介绍了其船只目标检测算法流程，采用重构的紧缩极化SAR数据进行实验，选取了5个检测区域，实验结果表明，与传统的K-CFAR和G0-CFAR相比，基于相位因子的紧缩极化SAR船只目标检测算法的品质因数(FOM)最高，为0.99，而K-CFAR和G0-CFAR的FOM分别为0.90，0.59，所以基于相位因子的船只目标检测方法性能更优，并且有效克服了传统CFAR方法因虚警率设置产生的算法自动性差的缺点。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 单极化SAR船只目标检测研究现状

1．2．2 多极化SAR船只目标检测研究现状

1．2．3 紧缩极化SAR船只目标检测研究现状

1．3 论文主要内容与创新点

1．3．1 主要内容

1．3．2 创新点

第2章 紧缩极化SAR基本理论

2．1 极化SAR基本理论

2．1．1 电磁波的极化特性描述

2．1．2 散射的极化描述

2．2 紧缩极化SAR基本理论

2．1．1 紧缩极化的数据描述

2．1．2 紧缩极化分解

2．3 小结

第3章 紧缩极化SAR的船只目标检测能力分析

3．1 紧缩极化SAR数据获取

3．1．1 RADARSAT-2数据介绍

3．1．2 AIS数据

3．2 船只目标紧缩极化SAR散射特性提取与分析

3．3 适用于船只目标检测的紧缩极化SAR特征选取

3．4 紧缩极化SAR船只目标检测性能影响因素分析

3．3．1 船海对比度分析

3．3．2 入射角对船只目标探测性能的影响

3．3．3 窗口大小对船只目标探测性能的影响

3．3．4 船只长度对船只目标探测性能的影响

3．5 小结

第4章 紧缩极化SAR船只目标检测方法

4．1 紧缩极化SAR船只目标散射模型

4．2 紧缩极化新特征参数的提出

4．3 实验验证

4．3．1 恒虚警率检测方法

4．3．2 海杂波分布模型

4．3．3 算法流程

4．3．4 检测结果与分析

4．4 小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢