基于小波的多极化机载合成孔径雷达海面风向反演

为了实现从合成孔径雷达(SAR)图像本身提取高精度的海面风向信息, 提高SAR海面风场反演精度,研究了多极化机载SAR海面风向反演技术, 借助小波分析相对傅里叶分析和局部梯度更精细的时-频分析能力, 将二维连续小波变换与快速傅里叶变换(FFT)相结合,提出一种新的机载SAR海面风向反演方法. 为验证反演方法的有效性,通过海上同步飞行试验获取多极化机载SAR数据及同步调查船实测风向数据,用于反演试验的数据比对.采用本文提出的方法, 利用多种小波基对机载C波段SAR的同极化和交叉极化数据进行风向反演, 将反演结果与美国国家环境预报中心再分析资料以及调查船实测风向进行比对. 结果表明,本文提出的基于小波分析的海面风向反演方法适用于机载SAR探测数据, 反演精度优于二维FFT法和局部梯度方法;小波基的选择对反演结果影响较大, Mexican-Hat小波基是机载SAR海面风向反演的最优小波基, 且同极化与交叉极化机载SAR数据均可用于海面风向的反演.     

C波段机载合成孔径雷达海面风场反演新方法

针对基于散射计地球物理模型函数的机载合成孔径雷达(SAR)海面风场反演中存在的风向获取依赖于图像风条纹或数值预报、 散射计数据和浮标等背景场资料, 风向与SAR图像时空分辨率不匹配, 进而影响机载SAR海面风场反演精度等问题, 本文根据机载SAR对海探测特点, 研究一种适用于C波段机载SAR的海面风场反演新方法. 利用SAR图像距离向不同入射角的后向散射系数, 依据地球物理模型构造最小代价函数, 通过代价函数的求解直接从机载SAR数据同时反演出海面风速和风向. 利用论文提出的海面风场反演方法分别对仿真SAR数据和实测C波段机载SAR数据进行风向、 风速的反演误差分析及试验验证.研究结果表明, 该方法适用于机载SAR海面风场反演, 可不依赖背景风向直接反演出精度较高的风速和风向; 雷达后向散射系数误差是决定海面风速、风向反演精度的关键因素, 辐射定标精度越高则反演误差越小; 海面风速反演误差随着风速的提高而增大, 当海面风速大于18 m/s时, 风速反演误差显著增加, 而海面风向的反演误差与风速无明显关系. 关键词： 机载合成孔径雷达 海面风场 多入射角     

合成孔径雷达反演海面风场变分模型分析

为考察合成孔径雷达反演海面风场变分模型精度,开展了误差分析试验.在背景场误差为极大值条件下分析场误差低于背景场误差,且随背景场风向增大呈周期性变化;在背景场误差逐渐变大条件下分析场误差逐渐增大,误差偏离方向与背景场误差偏离方向一致;在特定背景场条件下与直接反演模型相比,低风速时反演误差略高,中高风速时反演误差明显较低.总体来讲,变分模型误差小于背景场误差,风速反演误差小于1.60 m/s,风向误差小于17.15°.     

机载合成孔径雷达海面风场探测辐射定标精度要求研究

复杂的机载合成孔径雷达系统使得探测精度要求研究难以系统有效. 依据辐射定标精度在机载合成孔径雷达海面风场探测信息流程中的作用, 提出通过辐射定标精度要求整体考察系统探测精度要求的研究方法, 仿真研究了CMOD4地球物理模型函数的参数关系,系统地确定出不同入射角和风向条件下机载合成孔径雷达海面风场探测的辐射定标精度要求.研究结果表明, 辐射定标精度要求随着入射角的增加而降低,且随着风向变化呈周期性变化, 这一规律与CMOD4地球物理模型函数中由风速变化引起的后向散射截面变化值的变化规律一致. 依据这一规律,研究发现通过采用有源定标器定标、设计载机做侧风飞行以及选择大入射角的探测图像作为反演图像区这三种手段,能够提高风速反演精度.     

合成孔径雷达资料反演海面风场的正则化方法研究

针对基于散射计地球物理模型函数的合成孔径雷达资料反演海面风场中背景风向存在很大误差的问题,提出了利用正则化方法反演海面风场,并通过L曲线准则对正则化参数进行最优选择,然后对该方法进行仿真试验.试验结果显示,正则化方法反演海面风场的风速和风向的反演精度均优于变分同化方法,分析不同真实风向情况下的反演精度表明,真实风向在45°和135°附近时,风速反演的精度高,真实风向在0°和90°时,风向反演的精度高,这种现象与地球物理模型函数中后向散射截面相对于风向的导数相关. 关键词： 合成孔径雷达 正则化 L曲线准则 变分同化     

基于海面散射模型的全极化合成孔径雷达海洋环境探测关键技术参数设计仿真研究

技术参数设计研究是提升全极化SAR海洋环境探测能力的有效途径. 本文通过分析噪声等效后向散射系数和辐射分辨率与海洋环境探测的地球物理联系,提出一种全极化SAR关键技术参数设计方法. 采用全极化海面散射模型计算不同海洋环境条件下的雷达后向散射系数,据此确定全极化SAR对海探测的噪声等效后向散射系数,再将其作为合成孔径雷达方程输入参数,以辐射分辨率和信噪比的函数关系为约束条件,开展信噪比、辐射分辨率和系统功率孔径积等技术参数设计研究. 论文通过全极化海面散射模型的仿真计算,发现对海探测的噪声等效后向散射系数设计为-35.0 dB,可满足全极化SAR不同海洋环境条件的探测需求. 通过研究辐射分辨率与信噪比的函数关系,发现对海探测的最优信噪比为8.0 dB. C波段机载全极化SAR设计结果表明,由于兼顾了海洋环境探测需求,本文设计方法使得全极化SAR技术参数同时满足了海洋环境应用需求和系统设计要求. 关键词： 海面散射模型 全极化合成孔径雷达 海洋环境探测 技术参数设计     

高光谱图像的海面溢油自动检测方法研究

海面溢油对海洋环境会生成许多有害物质,导致位于食物链底端的浮游生物大量死亡,进而危害整个海洋生态系统。高光谱遥感可以获取溢油和海水的空间分布信息和光谱分布信息,利用高光谱图像进行溢油检测具有更好的检测性能。针对高光谱图像的海面溢油检测过程中需要人工辅助的缺点,提出一种基于自适应匹配滤波的高光谱图像海面溢油自动检测方法。首先,利用场景中溢油的C—H键光谱特性,设计一种溢油参考光谱特征提取模型,获取溢油检测过程中的参考光谱。其次,依据海水、云以及溢油光谱反射特性的差异,选取海水、云和溢油差异最大的波段,分割海水像素,计算溢油检测过程中的背景参数。最后,将目标检测中经典的自适应匹配滤波方法进行适当的改进应用于溢油的检测。将该方法应用于实际墨西哥湾airborne visible infrared imaging spectrometer(AVIRIS)高光谱遥感影像的海面溢油的检测,结果表明该方法具有计算速度快,不需要人工辅助等方面的特点,可用于海面溢油的自动检测。     

一种用于合成孔径雷达图像相干斑抑制的双边滤波参数配置新方法

基于最优折衷假设以及等效视数曲线和边缘保持指数曲线的单调特性, 提出了一种用于合成孔径雷达(SAR) 图像相干斑抑制的双边滤波参数配置新方法. 该方法与传统方法相比, 在计算时间相当的情况下, 灰度值近似方差精度提高一个数量级; 当灰度值近似方差精度相同时, 计算时间减少一个数量级.     

一种改进的Sobel图像边缘检测算法

边缘检测在数字图像处理和计算机视觉中有着重要的应用。对数字图像处理中具有代表性的Sobel边缘检测算法进行了分析。针对该算法存在检测出的边缘粗且对噪声极其敏感的缺点,提出了一种改进算法。该算法对实际图像中出现的边缘类型进行了数学模型描述,然后把连续型的边缘模型作为研究对象,重新构造了对图像边缘方向进行检测的模板。针对Sobel边缘检测基于一阶导数极大值或二阶导数零交叉而带来的边缘定位准确度不高的缺点,对图像梯度图进行了细化处理。仿真结果表明:该算法对图像噪声干扰有较强的抑制能力,提取的边缘定位准确、结构细腻。     

分形粗糙面合成孔径雷达成像研究

研究了分形粗糙面的成像问题. 分形粗糙面能够较好的逼近真实环境, 采用带限形式的Weierstrass-Mandelbrot函数建立了分形粗糙面几何模型, 对分形粗糙面参数的选取进行了讨论. 对大尺度粗糙面散射问题提出了一种基于大面元的Kirchhoff近似方法, 采用面元模型来计算粗糙面总的后向散射场以及每一个面元的后向散射场, 并对面元的尺寸选取进行了研究, 通过与解析解进行对比证明了该方法的正确性. 在分形理论建立的确定性粗糙面几何模型与面元的Kirchhoff方法获取的散射场的基础上, 采用正侧视条带式成像模式, 并选用距离多普勒算法对不同分形参数的粗糙面进行合成孔径雷达(SAR) 成像模拟, 结果显示从SAR像中可以清晰地观察到不同分形参数对粗糙面几何轮廓的影响. 该研究包括了从环境模型、电磁模型到SAR成像技术在内的完整的分形环境SAR像模拟过程, 仿真结果显示出分形环境的SAR像特点, 这对基于分形理论的自然环境的遥感探测以及参数反演具有一定的理论支撑作用.     

基于高频雷达多普勒谱预测风向的一种新方法

通过高频雷达一阶多普勒谱与海上风向的关系, 提出了一种基于神经网络和多波束采样法相结合预测海面风向的新方法. 在神经网络不同输入、输出参数情况下对扩展因子为奇数时的仿真数据进行了风向预测, 并在扩展因子为偶数时结合多波束采样法进行风向预测, 消除了风向的模糊性. 通过预测数据和仿真数据对比, 发现两者符合较好. 从神经网络和多波束采样法相结合的预测结果中可以看出, 风向的误差大约为4°—6°, 风向扩展因子的平均误差为0.26, 为预测海面风场的研究提供一种新的思路和方法.     

受损限幅器的非线性效应对成像雷达的影响

在复杂电磁环境下,当电子学系统的关键器件遭受功能或物理损伤而发生非线性效应时,会导致电子学系统的探测性能下降,严重时可能使系统无法实现预期的功能。以一种对地成像雷达的限幅器为对象,研究了限幅器损伤后的非线性特性信号模型构建方法,较为深入地研究了它对雷达信号处理的影响。理论和仿真分析结果表明,典型电子学系统在关键器件发生非线性变化的情况下,会明显降低成像雷达的性能,如成像不能聚焦和分辨率下降等。     

A super-resolution algorithm for synthetic aperture radar based on modified spatially variant apodization

The existing spatially variant apodizations(SVAs) either cannot depress the sidelobes effectively or reduce the energy of the mainlobe.To improve this,a modified SVA(MSVA) is put forward in this paper,which expands the traditional filter from 3-taps to 5-taps and sets relevant parameters according to different sampling rates to get the excellent result that satisfies constrained optimization theory.A modified super-SVA is also presented,which compares the result after the iteration with the original signal ...     

一种改进的用于合成孔径雷达图像相干斑抑制的双边滤波参数配置方法

双边滤波能够有效光滑合成孔径雷达图像, 同时保持边缘信息. 最优配置双边滤波参数一直非常困难. 本文作者曾提出了一种迭代参数配置方法, 具有高精度、高效率的特点, 但是该方法会出现迭代错误终止的情况. 本文提出了一种改进的参数配置方法, 能够确保获得最优折衷配置的参数, 并且给出了该方法收敛性的证明. 对真实合成孔径雷达图像的实验结果显示, 在迭代精度相同的情况下, 改进方法不仅能够获得与迭代方法相当的可视效果, 而且灰度值近似方差参数具有更高的精度; 随着迭代精度的提高, 改进方法比迭代方法有更快的收敛速度.     

基于压缩感知理论的逆合成孔径雷达抗欺骗干扰方法

针对逆合成孔径雷达（ISAR）成像对抗中的基于数字图像合成（DIS）技术欺骗干扰方法,在分析现有基于频率调制率微调的抗DIS欺骗干扰方法工程实现方面缺陷的基础上,通过将基于压缩感知理论的随机抽取采样和稀疏重构方法融入到信号接收和处理部分中,提出了基于压缩感知理论的改进抗DIS欺骗干扰方法,进一步提高基于频率调制率微调抗DIS欺骗干扰方法的工程实用性。仿真实验结果显示了基于压缩感知理论的改进抗DIS欺骗干扰方法的有效性。