[發明專利]合成孔徑雷達圖像運動目標參數提取方法

在審

• 申請號: 201610060266.4
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105759265A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 陳鵬;史愛琴;鄭罡
• 申請（專利權）人: 國家海洋局第二海洋研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/58
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及一種衛星遙感信息提取方法，具體涉及一種合成孔徑雷達(SAR)圖像運動目標參數提取方法。本發明屬于衛星遙感領域。

背景技術

海上運動目標及其尾跡能夠被衛星SAR觀測到，這方面的研究始于20世紀80年代。在圖像上判別運動目標以及航速航向主要從圖像上的尾跡進行。從SAR圖像上可以發現4類尾跡，包括湍流尾跡、開爾文尾跡(Kelvin尾跡)、窄V型尾跡和內波尾跡。進一步的有關湍流尾跡和開爾文尾跡的研究表明，這兩種尾跡是SAR圖像上最為常見的尾跡，而對于窄V型尾跡和內波尾跡，他們的形成原因和條件仍然需要進一步探討。

窄V型尾跡在L波段的圖像中經常出現，在X波段圖像中則幾乎沒有。湍流尾跡常在護衛艦一級或更大噸位的船只后面出現。在低風速情況下，窄V型尾跡在小船后面經常能被SAR成像。

尾跡的成像受到海況和SAR參數條件的影響。在合適的SAR條件和中等風速條件下，湍流尾跡最易成像，而低風速時則較難成像。圖1中的(a)為湍流尾跡的機理圖。船只后面由于船的運動而產生兩種海表面流，一種是船體渦旋引起的流向航線兩側的海流，一種是推進漿產生的后向海流。這兩種流對航線上的海面布拉格波產生抑制作用，從而減弱這一區域的后向散射能量，使其在SAR圖像上表現為暗的尾跡。亮的湍流尾跡一般在低風速條件下產生，此時周圍海面光滑，而航跡上由于船和風的作用，航跡上的海面變的粗糙，增強了后向散射強度，呈現出一條亮的尾跡。亮的尾跡有時由于兩種海流的作用會一分為二，中間的布拉格波受到抑制，呈現暗的條紋。當船只排污時，大量油膜會聚集在航跡上，由于粘性較強，油膜會對航跡上的布拉格波產生抑制作用，從而減弱航跡上的后向散射能量，形成暗的條紋。

開爾文尾跡系統中的開爾文臂的成像與尖波的傳播方向和雷達視向的相對位置密切相關。圖1中的(b)為開爾文尾跡的機理圖。中間為運動的船只，它所造成的尖波朝兩邊傳播，左邊的尖波朝雷達視向傳播，理想狀態下，由于兩種調制的作用，使得波峰兩側的海面粗糙度不一致，朝向雷達視向的斜面粗糙度大，而背向雷達視向的一面粗糙度小，從而形成亮的開爾文左臂，同樣在背向雷達視向傳播的尖波中，朝向雷達視向的坡面粗糙度小，形成暗的開爾文右臂。實際上考慮風速的情況下，相對光滑的坡面的粗糙度會變大，此時暗的開爾文臂可能淹沒在海面噪聲中，甚至亮的開爾文臂也會觀察不到。速度聚束調制是開爾文尾跡系統中橫波的成像原因。當船沿著雷達方位向航行，橫波沿著方位向傳播。由于海浪的距離向運動會引起SAR圖像上沿方位向的位移，當波峰向上運動時，會產生沿方位向的正向位移，而波谷則相反。由于位移的存在使SAR圖像上波峰的地方亮，波谷的地方暗，從而形成開爾文尾跡的橫波。

船在航行過程中，船體產生一系列布拉格波向周圍傳播，這些波與海面相互作用而形成一個擾動邊界，在這個邊界上由于布拉格共振散射的原因使得雷達接收到的后向散射得到增強，從而上形成亮的條紋，這就是所謂的不完全開爾文尾跡理論(Interrupted-KelvinWake,IKW)。

1989年英美聯合在Linnhe湖上采用機載SAR進行了一次試驗，目的是研究內波尾跡的產生條件，試驗結果證明在良好的層化條件下，大噸位的船只才會產生內波尾跡，小噸位漁船僅能產生窄V型尾跡。圖1中的(c)為窄V型尾跡的機理圖。圖1中的(d)為內波尾跡的機理圖。船只在海上航行時，水下部分對兩側的海水產生壓力，使其朝兩邊運動，此時如果海水中存在淺層化現象，就會產生內波。

由以上四種尾跡的成像機理分析可知，船舶的海面波尾跡能否被SAR成像，與雷達條件(波段、極化、入射角等)和海況條件(風速、海浪條件)密切相關。通過大量圖像分析表明，多數的運動船舶尾跡并不能被SAR成像，那么僅依賴船舶的海面波尾跡來判斷船舶是否運動就存在很大的局限性。因此，目前方案缺點就是運動目標的尾跡必須成像，才能進行航速航向提取。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種SAR圖像運動目標判別以及參數提取方法，以解決現有技術中僅能依賴船舶的海面波尾跡來判斷船舶是否運動的技術問題。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

合成孔徑雷達圖像運動目標參數提取方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：對全極化數據進行數據增強處理；

步驟二：測量多普勒尾跡長度，提取目標的航速和航向。

前述的合成孔徑雷達圖像運動目標參數提取方法，其特征在于，所述數據增強處理為：進行極化熵/阿爾法角/反熵分解增強。