[發(fā)明專利]基于頻譜的SAR圖像低散射區(qū)域散射值的估計方法

有效

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• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106526592B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟輝;王小青;種勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種基于頻譜的SAR圖像低散射區(qū)域散射值的估計方法，包括步驟如下：根據(jù)SAR接收的原始數(shù)據(jù)生成并保存單視復(fù)圖像；將單視復(fù)圖像分成n個子圖像塊，對每個子圖像塊進行多普勒中心頻率估計并將多普勒中心頻率移至零頻位置；計算每個子圖像塊的散射率初值和多普勒中心頻率移至零頻的多普勒頻譜；根據(jù)每個子圖像塊的散射率初值和多普勒頻譜，運用最大似然估計和牛頓迭代法估計出每個子圖像塊的相對散射值；計算每個子圖像塊的絕對散射值。本發(fā)明從頻域推導(dǎo)出目標(biāo)散射值和頻譜的關(guān)系，并推得相關(guān)方程式，經(jīng)過最大似然估計方法和牛頓迭代法估計方程中的散射值，且牛頓迭代法的初值考慮了系統(tǒng)噪聲和方位模糊因素，因此估計結(jié)果更加準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)圖像處理領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于頻譜的SAR圖像低散射區(qū)域散射值的估計方法。

背景技術(shù)

在合成孔徑雷達(SAR)圖像中，低散射區(qū)域的歸一化雷達截面散射值在圖像中呈現(xiàn)為暗區(qū)域。海洋中SAR圖像上暗區(qū)域出現(xiàn)的頻率較高，例如海面溢油、有機薄膜、低風(fēng)速區(qū)、鋒面、上升流、內(nèi)波的暗條帶和涌浪；陸地SAR圖像中也有很多暗區(qū)域情況，例如山的陰面、光滑的機場跑道等都是經(jīng)典的低散射區(qū)域。

一方面，SAR圖像中低散射區(qū)域的信號強度接近甚至低于SAR系統(tǒng)的噪底，從而影響低散射區(qū)域的圖像強度。以海洋表面為例，在中低風(fēng)速和低入射角下，對于L、C和X波段海洋表面的平均散射值范圍從-15dB到-25dB，而海洋表面低散射區(qū)域的散射值要比海洋表面的平均散射值更低，海洋表面低散射區(qū)域的散射值通常要低于-30dB，但大多數(shù)星載SAR系統(tǒng)的等效噪聲系數(shù)(NESZ)的范圍是-20dB到-30dB。另外，海洋SAR圖像中低散射區(qū)域的后向散射信號強度通常要低于SAR系統(tǒng)的噪底。

另一方面，強散射區(qū)域的方位模糊會影響低散射區(qū)域的圖像強度，這種影響主要是因為天線方位向旁瓣照射的區(qū)域反射回來的信號的多普勒頻率超過了雷達脈沖重復(fù)頻率(PRF)。目標(biāo)的方位模糊信號位置和真實位置有一定偏移，這個偏移取決于PRF、平臺速度和SAR系統(tǒng)的多普勒中心頻率。經(jīng)典星載SAR的方位模糊值大約是-15dB到-20dB。如果強散射區(qū)域在低散射區(qū)域的模糊信號強度比低散射區(qū)域的信號強度高出15dB到20dB，方位模糊信號就會嚴(yán)重影響低散射區(qū)域的圖像強度。方位模糊信號在陸地和水面的交界處出現(xiàn)較為頻繁，因為陸地目標(biāo)的散射值比水面要強得多。

以上分析顯示，要估計低散射區(qū)域的散射值的準(zhǔn)確值，就要考慮系統(tǒng)噪聲和方位模糊的影響。而SAR圖像的標(biāo)準(zhǔn)輻射定標(biāo)算法只考慮了系統(tǒng)噪聲，卻忽視了方位模糊的影響。現(xiàn)有提高判讀圖像質(zhì)量的方法是簡單的去除系統(tǒng)噪聲或者是從圖像域優(yōu)化圖像質(zhì)量。當(dāng)進行校準(zhǔn)時，低散射區(qū)域的散射值會不可避免地被系統(tǒng)噪聲和方位模糊所影響，這就會導(dǎo)致對后期圖像的處理和判讀帶來困惑。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

基于以上問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于頻譜的SAR圖像低散射區(qū)域散射值的估計方法，用于解決以上技術(shù)問題中的至少之一。

(二)技術(shù)方案

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于頻譜的SAR圖像低散射區(qū)域散射值的估計方法，其包括步驟如下：

步驟1、根據(jù)SAR接收的原始數(shù)據(jù)生成并保存單視復(fù)圖像；

步驟2、將單視復(fù)圖像分成n個子圖像塊，對每個子圖像塊進行多普勒中心頻率估計，并將多普勒中心頻率移至零頻位置；其中，n為大于等于1的正整數(shù)；

步驟3、計算每個子圖像塊的散射率初值和多普勒中心頻率移至零頻的多普勒頻譜；

步驟4、根據(jù)每個子圖像塊的散射率初值和多普勒頻譜，運用最大似然估計和牛頓迭代法估計出每個子圖像塊的相對散射值；

步驟5、計算每個子圖像塊的絕對散射值。