海洋SAR辐射分辨率研究

摘要

星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）对于粗糙海面的后向散射十分敏感，能够进行长时间的成像观测，且不受恶劣天气的影响，现已广泛地应用于海洋遥感领域。SAR能够获取关于中尺度海洋现象、舰船尾迹、油污以及海冰等海面目标的图像，这些图像的质量很大程度上决定了后续参数反演、目标识别等应用性能。针对弱散射的海洋SAR图像，提高辐射分辨率是改善图像质量的关键，高辐射分辨率能够减弱杂波和噪声的干扰，反映出目标与背景海面的差异。此外，反差信号强度也是影响海洋图像质量的重要因素，反差信号强度越大，目标信号与海面背景的反差越明显，目标越容易被检测。实际中，辐射分辨率的提高往往带来反差信号强度的降低。因此，海洋SAR辐射分辨率研究要综合考虑辐射分辨率和反差信号强度，在图像处理中既要提高辐射分辨率又要减小反差信号强度的损失。
　　本文选取中尺度海洋现象探测为例展开实验分析，围绕海洋SAR系统辐射分辨率指标体系以及提升辐射分辨率的处理方法进行研究。主要内容如下：
　　（1）简要阐述海面SAR成像原理，包括海面电磁散射模型、海面成像机制以及常见中尺度海洋现象在SAR图像中的表现，并根据多幅海洋SAR图像分析海杂波统计特性，引出后续辐射分辨率定义推导。
　　（2）基于SAR图像统计特性，考虑乘性相干斑与加性噪声的特点，推导辐射分辨率公式。建立海洋SAR系统辐射分辨率指标传递模型，梳理指标体系，明确辐射分辨率和反差信号强度相关概念，引入衡量海洋现象可被检测的可视度指标。
　　（3）基于传统的辐射分辨率提升方法，重点研究三维块匹配（Block-matching3D, BM3D）算法在提高海洋SAR图像可视度方面的应用，针对算法存在的问题优化参数选择策略。改进参数后的 BM3D算法进一步提升辐射分辨率，同时减小反差信号强度的损失，有效提高图像可视度。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1.2 国内外相关研究现状

1.2.1 星载SAR海洋遥感研究现状

1.2.2 提升辐射分辨率的处理方法研究现状

1.3 本文的研究内容

第二章 海洋SAR图像基础理论

2.1 海面SAR成像原理

2.1.1 海面电磁散射模型

2.1.2 海面成像机制

2.1.3 常见中尺度海洋现象

2.2 海杂波统计特性分析

2.2.1 海杂波统计分布模型

2.2.2 模型参数估计

2.2.3 拟合度检测方法

2.2.4 实测图像的海杂波统计分布

2.3 本章小结

第三章 海洋SAR系统辐射分辨率指标体系

3.1 辐射分辨率定义

3.1.1 相干斑形成机理

3.1.2 辐射分辨率定义

3.2 辐射分辨率指标体系研究

3.2.1 相关指标概念

3.2.2 辐射分辨率指标传递模型

3.2.3 多视处理影响辐射分辨率的实验研究

3.2.4 后处理影响辐射分辨率的实验研究

3.2.5 辐射分辨率指标分析总结

3.3 本章小结

第四章 辐射分辨率提升的处理方法研究

4.1 辐射分辨率提升的传统方法

4.1.1 多视处理

4.1.2 相干斑滤波

4.1.3 偏微分方程（PDE）方法

4.2 三维块匹配（BM3D）算法参数优化研究

4.2.1 算法原理

4.2.2 算法存在的问题

4.2.3 算法参数选择研究

4.2.4 算法性能对比

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作内容

5.2 下一步的研究方向

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果