极化SAR船海目标特性分析与船只检测方法研究

摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种重要的微波遥感传感器，具有全天时、全天候成像等诸多优势。极化SAR数据包含更加丰富的目标散射信息，为SAR图像解译提供了良好的数据支撑。极化SAR船只目标检测在海上交通运输、渔业监测和溢油检测等领域具有重要的理论意义和应用价值。本文研究了基于双极化和全极化SAR数据的船海目标特性，并在此基础上提出了极化SAR船只目标检测方法。
　　本文研究的主要内容及创新之处在于:
　　(1)研究提出了一种利用极化距离特征的船只目标检测方法。该方法首先利用极化距离特征描述船只目标与海面的散射差异性，实现船海分离;然后结合恒虚警率(Constant False Alarm Rate，CFAR)方法，实现了极化SAR数据的CFAR船只检测，取得了较好的检测效果。
　　(2)研究提出了一种基于极化香农熵特征的船只目标检测方法。该方法首先分析了极化香农熵特征对于船海目标的不同响应特性，然后利用香农熵进行阈值分割，有效地实现了极化SAR数据的船只检测，提高了检测效率与精度。
　　采用C波段RadarSat-2双极化单视复数据和L波段UAVSAR全极化多视数据进行充分实验，对比分析了本文所提算法与其他几种检测算法的检测性能;结果表明在相同的虚警率下，本文所提的极化距离特征算法和香农熵算法都获得了较低的漏检率，表现出较高的检测准确率。
　　本文的研究工作和成果对于极化SAR数据的船只目标检测研究具有一定的积极意义和促进作用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 船只检测的研究背景与意义

1．2 SAR船只目标检测国内外研究现状

1．2．1 单极化SAR船只目标检测研究现状

1．2．2 多极化SAR船只目标检测研究现状

1．3 本文研究内容及安排

第二章 极化合成孔径雷达基本理论

2．1 电磁波的极化特性描述

2．1．1 极化椭圆

2．1．2 Jones矢量

2．1．3 Stokes矢量

2．1．4 庞加莱球

2．2 目标的极化散射特性描述

2．2．1 雷达散射截面与散射系数

2．2．2 极化散射矩阵

2．2．3 Mueller矩阵

2．2．4 极化协方差矩阵与相干矩阵

2．2．5 极化目标的特征值-特征向量分解

2．3 本章小结

第三章 极化SAR数据的船海目标特性分析

3．1 极化距离特征分析

3．1．1 极化距离特征的测度

3．1．2 实测数据分析

3．2 极化香农熵特征分析

3．2．1 香农熵原理

3．2．2 香农熵对船／海响应的分析

3．3 本章总结

第四章 利用极化距离特征的船只目标检测方法

4．1 海面区域极化距离特征的分布

4．1．1 双极化数据拟合

4．1．2 全极化数据拟合

4．2 基于极化距离特征的恒虚警率检测算法

4．2．1 伽马分布的参数估计

4．2．2 恒虚警率阈值的计算

4．2．3 算法检测流程

4．3 实验结果及分析

4．3．1 双极化数据实验结果分析

4．3．2 全极化数据实验结果分析

4．4 本章小结

第五章 基于极化香农熵特征的船只目标检测方法

5．1 基于香农熵的船只目标检测算法流程

5．2 参数选择分析

5．3 实验结果及分析

5．3．1 香农熵算法在双极化数据中的应用

5．3．2 香农熵算法在全极化数据中的应用

5．4 本章小结

第六章 利用ROC曲线的检测性能对比分析

6．1 检测性能评价准则

6．2 实验数据集

6．3 基于ROC曲线的算法检测性能分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况