基于时频分析的极化SAR图像人造目标提取技术研究

摘要

本文围绕“极化SAR图像人造目标提取”课题进行研究，基于时频分析技术挖掘目标及其背景杂波的散射特性，提取时频特征增强目标抑制杂波，并融合其它有效极化特性，构建出提取效果好、抗干扰能力强、适用范围广、贴近工程应用的无监督目标提取算法。实验过程针对多个复杂场景进行分析，重点关注复杂背景条件下建筑物、舰船两类人造目标提取工作。论文主要内容以及创新点如下：
　　1.复杂电磁干扰有可能影响SAR成像质量，对于严重影响图像质量的显性干扰，由于干扰噪声强度不低于信号强度，导致任何后续解译工作无法进行，本文介绍了该类干扰抑制处理流程，并利用受干扰的海冰场景数据进行方法验证；对于不影响图像幅度信息，但有损相位信息的隐形干扰，当对数据进行时频分析或者极化特性分析时，该类干扰会影响后续特征提取。为此，本文设计了干扰抑制方案，实验证明了干扰抑制有利于后续时频特征的准确提取。
　　2.基于时频平稳特性分析，提出了时频平稳性度量方法，借助于人造目标的时频非平稳特征以及自然背景地物杂波的平稳特征，对两类复杂场景进行了时频分析。第一，在复杂城区场景中对建筑物目标进行提取，验证方法的有效性，比较利用单极化以及全极化数据的实验结果；第二，针对极地复杂海冰场景，分析海冰独特的散射特性，利用时频平稳度描述子对舰船和海冰背景进行鉴别处理，增强了两者对比度，有利于准确提取舰船目标。
　　3.基于时频相干特性分析，设计了时频相干性度量方法，并提出了新的基于时频相干度量的极化特性描述子，分析了三类复杂场景：第一，对于复杂城区场景，相干度量方法能够有效提取建筑物，基于新的极化特性描述子对提取出的建筑物进行极化特性分析，能够有效地对建筑物高度等相关信息进行估计反演；基于双波段的极化SAR数据，比较分析不同波段条件下相干散射子的提取结果，实验分析结果与理论估计相吻合。第二，对于复杂虚影场景，将不同时频分解模式对虚影的抑制程度进行比较，同样对该场景下舰船目标进行极化特性分析。实验证明时频相干度描述子能够对舰船进行有效地提取，并极大减少了虚影可能引起的虚警。第三，对于复杂海冰场景，利用时频相干度描述子对舰船提取、检测以及鉴别，并利用所提出的时频极化特性描述子刻画舰船极化特征，分析结果符合目标真实结构。
　　4.基于多特征融合方法，构建了多特征融合的人造目标提取方案，具体内容如下：第一，将时频平稳性与相干性结合起来，定性分析两者关系，基于融合特征对建筑物进行最大程度的提取，取得了满意结果。第二，探讨了时频特征与极化干涉相干度特征融合方法，有利于进一步对城区环境进行地物分类。第三，面向低分辨率星载城区数据，融合时频相干度与极化反射对称等多项极化特征，非时频特征弥补了时频分析降低分辨率的不足，时频特征有着独特抗干扰性能，两者优势互补，融合策略能有效提取建筑物目标。第四，鉴于城区的高度不均匀性，提出了新的基于非高斯G0模型的时频平稳度描述子，并融合圆极化相关系数进行阈值设定，对不同朝向建筑物进行提取，效果良好。
　　总的来说，论文提出的一系列时频分析方法以及特征描述子，能够有效地对极化SAR人造目标进行提取，基于多类复杂场景不同传感器数据进行了性能检验评估，可以达到工程应用水平，为进一步目标解译研究奠定了基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 极化SAR图像目标解译研究现状

1.3 本文主要工作及组织结构

第二章 面向时频分析的干扰抑制预处理

2.1 引言

2.2 显性RFI的抑制

2.3 隐性RFI的抑制

2.4 本章小结

第三章 时频平稳性分析及目标提取

3.1 引言

3.2 SAR数据时频分析

3.3 SAR数据时频平稳性分析

3.4 目标提取实验与分析

3.5 本章小结

第四章 时频相干性分析及目标提取

4.1 引言

4.2 SAR信号时频相干性分析

4.3 实验与分析

4.4 本章小结

第五章 基于多特征融合的人造目标提取

5.1 引言

5.2 时频平稳性与相干性特征融合

5.3 时频特征与非时频特征融合

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A