轮廓波技术在逆合成孔径雷达数据处理中的应用

摘要

轮廓波(Contourlet)技术是在小波技术基础之上发展起来的新兴的信号分析方法,它应用多尺度多方向的分析方法,有效挖掘信号内在特征属性,是信号处理的有用工具。逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像技术是信号处理领域的重要研究内容,在军事和民用领域都有重要应用意义。将轮廓波技术应用到逆合成孔径雷达成像技术领域,利用轮廓波技术先进性能提升ISAR成像质量,有利于ISAR图像分析和目标识别。
　　本文以雷达成像和雷达对抗技术为应用背景,以地基逆合成孔径雷达数据处理技术为研究目标,将轮廓波变换(Contourlet Transform,CT)引入到地基ISAR成像处理和分析领域,研究了轮廓波技术在ISAR成像及ISAR图像处理中的具体应用,探讨轮廓波技术对ISAR数据处理的应用价值与意义。
　　论文阐述了ISAR成像技术研究的现状、背景以及论文中相关基础理论与方法,分析了当前ISAR成像技术研究中存在的问题,对轮廓波技术与ISAR数据处理的关系进行了讨论,并指出了研究的理论与现实意义。
　　目前ISAR技术的研究中,ISAR成像的质量分析评价以人的主观分析为主,但随着ISAR成像效果的改善,急需对其成像效果的评价进行研究。论文基于这一问题,借鉴单一散射点目标的评价指标,建立理想成像条件下ISAR图像模型,构建了新的ISAR图像的质量评价方法,提出最高峰值区域的峰值旁瓣比均值作为ISAR成像质量的考核指标。通过仿真和实测数据的分析,该方法能对目标成像效果进行有效评价。
　　接着论文针对轮廓波技术应用于ISAR超分辨成像技术开展研究。ISAR超分辨成像技术是利用已经获得的ISAR回波数据,拟合合成孔径外的ISAR回波数据以增大ISAR合成孔径,提升ISAR成像质量。本文构建了基于改进轮廓波变换的ISAR信号超分辨成像方法,该方法采用非下采样的轮廓波变换(Nunsubsampled Contourlet Transform,NSCT)来实现信号不变尺度下不同方向的高频成分提取,将不同方向的高频信息与原始回波信息一同构建为轮廓波变换的分解层,然后借助轮廓波重构变换技术实现逆合成孔径雷达回波信号的尺度拓展进而实现超分辨成像。试验表明该方法更能反映空中目标细节信息,提高了成像质量。
　　然后,论文应用轮廓波技术实现对ISAR时频(Time-Frequency,TF)成像技术的改进。ISAR成像技术受到目标复杂运动情况的影响,目标成像质量较差。采用时频分析方法能有效分析信号中多普勒频移的时变特性,提升图像质量。选择适当的时频工具,可以实现对目标的瞬时成像,通过对各个瞬时图像的积分,就获得目标的图像。本文提出基于非下采样轮廓波融合技术的ISAR信号时频成像技术,应用轮廓波技术对时频成像技术进行有效改进,通过对时频分析后产生的瞬时ISAR图像采用NSCT技术变换到NSCT域进行处理与融合,最终获得改善了的ISAR成像。通过试验表明用轮廓波域的融合操作改善时频成像,能有效提高时频成像的图像效果。
　　最后,论文研究ISAR图像处理领域。由于ISAR成像时目标及其运动情况往往是未知的,不能获得先验知识,ISAR图像是由不同的散射点的反馈集合而成,因此对ISAR图像中目标特征的识别是非常困难的。论文应用轮廓波技术降噪处理改善图像质量,结合改进的Chan-Vese(CV)模型方法,先对ISAR图像进行图形学处理,以获得目标的初始轮廓,再应用CV模型方法进行轮廓的迭代操作,最后有效提高了ISAR目标的初始轮廓提取的效率和效果,为后续的图像处理提供了有利条件。
　　本文主要是针对轮廓波技术在ISAR成像及图像处理中的应用问题开展研究。通过论文的研究,试图探索轮廓波技术在雷达信号处理和雷达图像处理领域的应用前景和意义,找到新的ISAR成像和处理方法,弥补提升当前ISAR信号和ISAR图像处理技术的研究水平落后于SAR技术的不足。经过攻读博士期间的研究工作,已经在这一研究领域取得了一定的成果,但在这一研究领域任然存在一些问题需要在后续研究中深入探讨和研究。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪 论

1.1 逆合成孔径雷达成像技术发展概况

1.2 逆合成孔径雷达数据分析技术研究现状

1.3 课题的研究背景和意义

1.4 论文主要工作及结构

2 基本理论与方法

2.1 引言

2.2 ISAR成像基本理论

2.3 ISAR图像的生成与处理

2.4 轮廓波技术基本理论与方法

2.5 本章小结

3 基于轮廓波技术的ISAR信号超分辨成像

3.1 引言

3.2 超分辨成像技术

3.3 基于轮廓波算法的超分辨成像

3.4 试验分析与处理

3.5 本章小结

4 基于轮廓波技术的ISAR信号时频成像技术

4.1 引言

4.2 常见时频变换方法

4.3 基于时频分析的ISAR成像技术

4.4 基于非下采样轮廓波融合技术的ISAR信号时频成像技术

4.5 本章小结

5 基于轮廓波技术的ISAR图像降噪与目标轮廓特征提取

5.1 引言

5.2 改进Chan-Vese模型轮廓提取方法

5.3 ISAR图像噪声模型

5.4 基于轮廓波降噪的ISAR图像目标轮廓特征提取

5.5 试验与结果

5.6 本章小结

6 ISAR成像质量评价方法

6.1 引言

6.2 常规成像质量评价方法

6.3 基于最高峰值区域的PSLR成像结果分析方法

6.4 仿真与实测数据处理

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 本文内容总结

7.2 本文主要创新点

7.3 工作展望

致谢

参考文献

附录