偵測(cè)目標(biāo)的SAR圖像處理與應(yīng)用

前言

　　SAR（合成孔徑雷達(dá)）成像技術(shù)誕生于20世紀(jì)50年代初，在近60年的發(fā)展過(guò)程中，從低分辨率、單波段、單極化、單模式、單基地、單平臺(tái)、單視角，到高分辨率、多波段、多極化、多模式、多（雙）基地、多平臺(tái)、多視角，再到干涉體制和全極化干涉體制的出現(xiàn)，以及動(dòng)目標(biāo)的顯示，充分顯示了其在對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域中的卓越性能。目前，SAR已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、環(huán)境、水文、海洋、災(zāi)害、測(cè)繪等方面，以及軍事領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在氣候和環(huán)境條件惡劣、復(fù)雜的情況下，SAR發(fā)揮了其全天候、全天時(shí)的優(yōu)勢(shì)?！　‖F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是高技術(shù)條件下的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，如何準(zhǔn)確、快速、有效地獲取情報(bào)信息，是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。發(fā)生在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初的幾場(chǎng)高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)充分顯示，不論是戰(zhàn)前的軍事情報(bào)偵察還是戰(zhàn)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)，以及戰(zhàn)時(shí)的作戰(zhàn)效果評(píng)估，80％以上的信息來(lái)源于軍用成像偵察衛(wèi)星和商業(yè)遙感衛(wèi)星。然而。傳統(tǒng)的可見(jiàn)光遙感雖然是一種高清晰度的情報(bào)信息來(lái)源，但是，它必須有太陽(yáng)光源的照射，黑夜不行。紅外遙感是測(cè)量不同地物具有的不同熱輻射量，盡管白天黑夜均可用于情報(bào)收集，然而，它和可見(jiàn)光遙感一樣，受到云、雨、煙、霧，沙塵等天氣的影響，而且獲得的圖像質(zhì)量與距離有很大的關(guān)系。同時(shí)，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境日益復(fù)雜，它們已無(wú)法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，而SAR成像遙感技術(shù)彌補(bǔ)了它們的缺陷，發(fā)揮了不可替代的作用。SAR是一種主動(dòng)微波相干成像雷達(dá)，具有全天候、全天時(shí)、大面積、遠(yuǎn)距離、連續(xù)觀測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力，具有一定的穿透植被、土壤和遮蓋物的能力，側(cè)視成像方式可探測(cè)到敵方縱深軍事情報(bào)，所以，SAR成像已成為對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)和天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)不可缺少的重要探測(cè)技術(shù)?！　　安唤佑|作戰(zhàn)”、“外科手術(shù)式”的遠(yuǎn)程精確打擊已成為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的典型作戰(zhàn)方式，其特點(diǎn)是遠(yuǎn)距離、大縱深、精確打擊對(duì)方的軍事和政治及經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。其作戰(zhàn)過(guò)程明顯分為兩個(gè)階段，第一階段是長(zhǎng)時(shí)間的遠(yuǎn)距離空中打擊，主要摧毀交通、防空設(shè)備、機(jī)場(chǎng)、地面指揮部、能源、通信設(shè)施等；第二階段是地面作戰(zhàn)。其中，第一階段的關(guān)鍵問(wèn)題是“往哪里打”、“怎么打”、“打得怎么樣”，也就是戰(zhàn)前的目標(biāo)偵察、戰(zhàn)爭(zhēng)中的遠(yuǎn)程精確打擊方式和戰(zhàn)后的打擊效果評(píng)估問(wèn)題。

內(nèi)容概要

本書以SAR在目標(biāo)偵測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用為目標(biāo)，從微波散射機(jī)理出發(fā)，注重與偵測(cè)工程實(shí)踐相結(jié)合，研究了SAR成像與目標(biāo)散射特性及變化檢測(cè)中的一些相關(guān)理論與技術(shù)問(wèn)題，提出了多種新的信號(hào)處理模型、思路和方法。主要包括SAR成像數(shù)據(jù)預(yù)處理及成像算法，SAR圖像預(yù)處理中的斑點(diǎn)噪聲抑制與圖像配準(zhǔn)，SAR目標(biāo)的增強(qiáng)與檢測(cè)，目標(biāo)的散射特性及其變化檢測(cè)，SAR在偵測(cè)領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。　　本書具有理論性和實(shí)用性，既可作為從事SAR圖像處理及應(yīng)用的科研人員閱讀，又可作為高等院校教師、研究生的教材。

書籍目錄

主要縮略詞說(shuō)明 第1章 緒論 　1.1 引言 　1.2 偵測(cè)信號(hào)處理內(nèi)容與方法 　1.3 偵測(cè)信息獲取技術(shù) 　1.4 SAR圖像處理相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 　　1.4.1 SAR成像技術(shù) 　　1.4.2 目標(biāo)散射特征及提取技術(shù) 　　1.4.3 SAR圖像目標(biāo)檢測(cè)技術(shù) 　　1.4.4 SAR圖像變化檢測(cè)技術(shù) 　　1.4.5 SAR圖像斑點(diǎn)噪聲抑制技術(shù) 　1.5 本書內(nèi)容安排 　參考文獻(xiàn) 第2章 星載SAR數(shù)據(jù)預(yù)處理與成像算法 　2.1 概述 　2.2 SAR成像基本原理 　2.3 星載SAR成像數(shù)據(jù)預(yù)處理 　　2.3.1 數(shù)據(jù)的壓縮與解壓及傳輸 　　2.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 　2.4 MFSC算法 　　2.4.1 RD算法 　　2.4.2 MFSC算法描述 　2.5 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)成像處理實(shí)例 　2.6 星載SAR快視成像算法 　　2.6.1 SAR快視成像實(shí)質(zhì)與數(shù)據(jù)處理 　　2.6.2 綜合SAR快視成像方法 　　2.6.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果 　2.7 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第3章 SAR圖像斑點(diǎn)噪聲抑制方法 　3.1 概述 　3.2 SAR圖像斑點(diǎn)噪聲產(chǎn)生機(jī)理及特性 　　3.2.1 斑點(diǎn)噪聲產(chǎn)生機(jī)理 　　3.2.2 斑點(diǎn)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性 　3.3 基于空間域和變換域融合的濾波方法 　　3.3.1 多視處理濾波法 　　3.3.2 空間域?yàn)V波方法 　　3.3.3 變換域?yàn)V波方法 　　3.3.4 基于小波分析的數(shù)據(jù)融合抑噪算法 　　3.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和算法應(yīng)用分析 　3.4 CRSN算法 　　3.4.1 算法描述 　　3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 　3.5 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第4章 基于特征點(diǎn)的SAR圖像配準(zhǔn) 　4.1 概述 　4.2 SAR圖像配準(zhǔn)技術(shù) 　　4.2.1 SAR圖像配準(zhǔn)的定義 　　4.2.2 SAR圖像配準(zhǔn)技術(shù)現(xiàn)狀 　4.3 圖像配準(zhǔn)的空間變換模型 　4.4 基于SIFT算法的重疊區(qū)域特征點(diǎn)提取 　　4.4.1 SIFT算法原理 　　4.4.2 基于重疊區(qū)域的SIFT算法特征點(diǎn)提取 　　4.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 　4.5 特征點(diǎn)匹配 　　4.5.1 基于最近距離的特征點(diǎn)匹配法 　　4.5.2 誤匹配點(diǎn)對(duì)的消除方法 　　4.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 　4.6 基于SIFT特征點(diǎn)的SAR圖像配準(zhǔn) 　　4.6.1 SAR圖像的粗配準(zhǔn) 　　4.6.2 SAR圖像的精確配準(zhǔn) 　4.7 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第5章 SAR目標(biāo)散射特性與變化檢測(cè) 　5.1 概述 　5.2 SAR圖像與目標(biāo)散射特性的關(guān)系 　5.3 目標(biāo)的散射機(jī)理與散射特性 　　5.3.1 目標(biāo)散射機(jī)理 　　5.3.2 目標(biāo)散射特性 　5.4 RCS的定義與計(jì)算 　　5.4.1 RCS的定義 　　5.4.2 高頻區(qū)目標(biāo)RCS的預(yù)估方法 　5.5 導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)發(fā)射車的散射機(jī)理、模型與計(jì)算 　5.6 基于散射特性的目標(biāo)變化檢測(cè) 　5.7 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第6章 SAR圖像目標(biāo)的增強(qiáng)與檢測(cè)方法 第7章 基于像素級(jí)的SAR圖像變化檢測(cè) 第8章 低分辨率的SAR圖像目標(biāo)變化檢測(cè) 第9章 高分辨率SAR圖像目標(biāo)變化檢測(cè) 第10章 SAR在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

章節(jié)摘錄

　　偵測(cè)信號(hào)的處理與實(shí)現(xiàn)是偵測(cè)信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容。按獲取偵測(cè)情報(bào)的目的和任務(wù)來(lái)劃分，亦可以分為目標(biāo)偵察信號(hào)處理、效果偵察信號(hào)處理和測(cè)量信號(hào)處理。這幾類偵測(cè)信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)可分為軟件實(shí)現(xiàn)（主要是計(jì)算機(jī)軟件加計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)備，多為事后處理）和硬件實(shí)現(xiàn)（各種專用信號(hào)處理器加上其中的專用軟件，以及各種信號(hào)處理芯片的組合與相應(yīng)的硬件設(shè)備）。在偵測(cè)工程信號(hào)處理中，最能說(shuō)明軟、硬件結(jié)合的信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)是雷達(dá)偵察系統(tǒng)。所謂雷達(dá)偵察系統(tǒng)，是一個(gè)雷達(dá)信號(hào)的截獲和處理設(shè)備。雷達(dá)偵察系統(tǒng)的前端是天線和接收機(jī)組成的接收系統(tǒng)，它進(jìn)行射頻雷達(dá)信號(hào)的截獲和測(cè)頻、測(cè)向、測(cè)極化，完成射頻信號(hào)處理，并將射頻信號(hào)變換為視頻信號(hào)（模擬的和數(shù)字的），以供進(jìn)一步的信號(hào)處理。這一過(guò)程實(shí)際上是雷達(dá)信號(hào)的采集與預(yù)處理過(guò)程。雷達(dá)偵察系統(tǒng)的后端包括信號(hào)處理設(shè)備、終端設(shè)備和控制設(shè)備，后端進(jìn)行視頻信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的處理，完成對(duì)信號(hào)的分選、分析和識(shí)別。以及信號(hào)的顯示、存儲(chǔ)、記錄和系統(tǒng)的控制?，F(xiàn)代雷達(dá)偵察系統(tǒng)一般把信號(hào)處理分系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的組成部分而位于整個(gè)偵察系統(tǒng)的核心地位，以完成對(duì)偵察信號(hào)的自動(dòng)分選、分析和識(shí)別任務(wù)。信號(hào)處理分系統(tǒng)通常包括預(yù)處理機(jī)和主處理機(jī)。預(yù)處理機(jī)對(duì)接收系統(tǒng)（前端）來(lái)的密集信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理和分選，降低數(shù)據(jù)率并為主處理機(jī)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。預(yù)處理一般由高速數(shù)字電路、微處理機(jī)及數(shù)據(jù)緩存電路組成。主處理機(jī)通常是一部高速電子計(jì)算機(jī)，它進(jìn)行復(fù)雜信號(hào)的分選、輻射源識(shí)別、目標(biāo)識(shí)別，確定威脅等級(jí)及識(shí)別可信度。主處理機(jī)還擔(dān)負(fù)著對(duì)整個(gè)偵察系統(tǒng)的控制、威脅告警、數(shù)據(jù)顯示和記錄等任務(wù)?！　≡诂F(xiàn)代高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，為了適應(yīng)現(xiàn)代電子對(duì)抗的信號(hào)環(huán)境，各種偵察系統(tǒng)還必須具備反對(duì)抗的能力和反偵察的能力，這使信號(hào)處理內(nèi)容將越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)信號(hào)處理的方法與技術(shù)的要求也越來(lái)越高?！　?shù)字信號(hào)處理的方法和技術(shù)種類繁多、內(nèi)容豐富；相應(yīng)地，偵側(cè)信號(hào)處理的方法亦是豐富多彩。前面，我們從數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的研究?jī)?nèi)容方面作了粗略的劃分。概括說(shuō)來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理方法從信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分，包括一維信號(hào)處理方法和多維信號(hào)處理方法，確定性信號(hào)處理方法和隨機(jī)信號(hào)處理方法，周期信號(hào)處理方法與非周期信號(hào)處理方法。隨機(jī)信號(hào)處理方法中又可分平穩(wěn)信號(hào)處理方法和非平穩(wěn)（時(shí)變）信號(hào)處理方法，高斯信號(hào)處理方法和非高斯信號(hào)處理方法。從分析、加工的方式來(lái)分，包括信號(hào)采集與預(yù)處理方法（包括量化效應(yīng)等），信號(hào)變換（頻譜分析等）方法，濾波方法（線性濾波與非線性濾波），譜估計(jì)方法（有經(jīng)典譜估計(jì)與現(xiàn)代譜估計(jì)，非參數(shù)化譜估計(jì)與參數(shù)化譜估計(jì)之分）。

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