圆迹SAR目标方位特征提取与应用

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合成孔径雷达目标特征参数的提取对于目标的分类识别与图像解译具有重要的意义,而目标散射特性与雷达的观测方位向角度密切相关,即目标的RCS随入射方位向角度变化,并且不同目标在方位向上表现为不同散射特性,对该方位特性进行特征提取可以提供对目标进行描述和区分的方位特征信息,为自动目标识别与成像提供重要帮助。但在常规条带SAR模式有限的观测角度下,无法探究目标散射特性随方位向角度的变化特性,而圆迹SAR通过雷达的圆周运动可以对目标进行持续观测,继而可以获取目标全方位的散射特性信息,提供进行目标方位特性研究的必要条件。因此本论文主要针对圆迹SAR模式下的目标方位散射特性,进行目标方位特征的定义以及提取研究,并将研究结果进行目标方位特征的应用。首先,为提取目标的方位散射特性曲线,本文提出了回波反演算法;其次,根据提取的目标方位散射特性曲线,定义各向异性目标的方位特征,分别为方位散射持续角、方位响应峰值与散射方向;最后,依据提取的目标方位特征实现目标方位特征的应用:自适应成像算法与高压线提取算法。并最终通过仿真、暗室实验数据以及机载CSAR实验数据对上述方法进行了实验验证。  论文的主要工作如下:  (1)提出回波反演的方法进行目标方位响应提取。方位散射特性曲线的准确提取是进行方位特征提取工作的基础,回波反演方法利用SAR图像像素间相位差在不同方位向角的唯一性实现回波信号在方位向角的滤波,最终提取目标的RCS随方位向角变化的响应曲线。与现有子孔径提取方法相比,回波反演方法能够降低周围强点像素干扰,获取更准确以及更细腻的方位响应曲线,为目标方位特性的研究提供了一个较为有效的工具。  (2)针对各向异性目标定义了三点方位特征:方位散射持续角、方位响应峰值与散射方向,以及定义能量集中度参数区分各向异性与各向同性目标。从方位散射持续角参数能够获取目标高信噪比回波的方位向角度范围,散射方向则表明目标对于雷达信号的主要散射方向,方位响应峰值代表目标在方位向角度上能够获取的最高RCS值。依据各向异性目标方位响应的特点定义主要的方位特征,能够实现对各向异性目标方位散射特性更好的描述,以及获得对各向异性目标与各向同性目标之间进行明确区分的参数。  (3)提出基于目标方位特征应用的自适应成像算法。自适应成像算法依据提取的目标散射持续角以及散射方向参数,只对目标在具有有效信号强度的方位向角度进行相干累加,该方法能够自适应的针对每一像素点的方位散射特性选取最佳的成像策略并降低噪声。  (4)提出基于目标方位特征应用的高压线提取方法。该方法基于高压线为各向异性散射特性以及其偶极子散射特性,利用目标方位特征与极化信息实现高压线的自动提取工作。
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