机载雷达海面图像背景建模与目标检测方法研究

摘要

机载雷达海面图像目标检测旨在从海杂波背景图像中搜索感兴趣目标，并确定目标位置，实现区域态势信息感知，在海岸监控、反潜侦察、区域护航、海上搜救等领域具有重要的应用价值。海洋环境的复杂性及目标类型的多样性，使得机载雷达海面图像目标检测面临诸多困难。其中，海杂波背景建模与模拟及海杂波背景下的稳定检测等问题，是实现机载雷达图像高性能目标探测的核心关键，也是国际上亟需解决的前沿课题。 针对这些问题，本文开展了理论分析、方法研究、仿真验证和实测验证等工作，主要内容如下： 1、建立了机载雷达合成孔径模式下海面图像背景模型，提出了合成孔径雷达（SAR）海面图像的谱域快速生成方法，可缓解海面与目标联合求解运算量大的问题，能够实现机载雷达海面SAR图像有效模拟。 2、建立了机载雷达扫描模式下海面图像背景模型，能准确反映扫描模式下图像背景的非高斯特性和空时相关特性，提出了基于积分方程法的海杂波模型参数求解方法，可实现复合K分布海杂波背景模拟，为构建扫描模式下目标检测方法奠定了基础。 3、提出了基于局部对比方差加权信息熵的快速目标检测方法，可解决目标候选区域快速筛选及目标候选区域与周边区域的差异性表征问题，能够实现在强杂波和非均匀海杂波背景下SAR图像目标的高效检测。 4、提出了谱残差二元熵粒子滤波多帧检测方法，可解决似然比计算量大、起伏目标能量积累效率低的问题，能够在不依赖于杂波先验信息情况下，实现扫描观测区域中低信杂比运动目标的稳健检测。 上述海面图像背景模型和检测方法已通过仿真和实测数据验证。结果表明，本文提出的海面图像背景模型可以有效地反映海面图像规律，提出的目标检测方法能够实现高概率检测。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.2.1 机载对海探测雷达系统

1.2.2 海杂波背景建模

1.2.3 海面图像背景下目标检测

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 机载雷达海面图像背景建模

2.1 海面图像背景建模总体思路

2.2 SAR模式海面图像背景建模

2.2.1 海面场景物理建模

2.2.2 散射特性解耦求解

2.2.3 海面图像谱域快速生成

2.2.4 仿真分析

2.3 扫描模式海面图像背景建模

2.3.1 海面统计建模

2.3.2 海面图像生成

2.3.3 仿真分析

2.4 本章小结

第三章 SAR图像海面目标检测方法

3.1 海面SAR图像特性分析

3.1.1 区域稳定度分析

3.1.2 区域复杂度分析

3.1.3 局部显著度分析

3.2 基于LCVWIE的快速目标检测方法

3.2.1 快速目标检测框架

3.2.2 MSER预筛选方法

3.2.3 LCVWIE方法

3.2.4 计算量分析

3.2.5 性能分析与实测验证

3.3 本章小结

第四章 机载前视图像海面动目标检测方法

4.1 目标运动模型与量测模型

4.1.1 目标运动模型

4.1.2 机载扫描雷达量测模型

4.2 粒子滤波检测前跟踪方法

4.2.1 序贯重要性采样

4.2.2 贝叶斯递归滤波

4.3 基于SRBE的粒子滤波检测前跟踪方法

4.3.1 算法设计

4.3.2 SRBE似然计算

4.3.3 算法实现

4.4 仿真结果与性能分析

4.4.1 仿真数据

4.4.2 结果分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的成果