星载简缩极化SAR舰船目标检测方法研究

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近年来,星载雷达传感器技术取得了长足的进步,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)在海洋监控、海洋目标检测等方面体现出了巨大的优势。简缩极化SAR系统(Compact Polarimetric SAR,CP SAR)作为一种新兴特殊的极化SAR系统,与全极化SAR系统相比,具有系统简单、幅宽更大,费用功耗低,易维护等特点,同时包含较为丰富的地物信息,使其在海洋舰船检测方面具有得天独厚的优势,应用前景广阔。因此,星载简缩极化SAR舰船目标检测技术成为当前研究领域的热点问题。本文针对星载简缩极化SAR舰船目标检测的实际需求,从简缩极化SAR的基础理论入手,采用重构全极化信息和提取简缩极化特征参数两条思路,通过构建海洋杂波背景统计模型,结合恒虚警率(Constant False Alarm Rate,CFAR)方法对舰船进行检测。所做工作包括:1、研究了三种主流简缩极化SAR模式下数据的仿真,得到了舰船检测的简缩极化SAR仿真数据。首先,详细给出了三种简缩极化模式下散射矩阵和协方差矩阵公式,进而解释了常见重构算法原理。最后,简要介绍了简缩极化SAR特征参数和目标分解的方法原理。2、针对基于简缩极化SAR数据重构的舰船检测思路,提出了一种基于广义Gamma分布(Generalized Gamma Distribution,GГD)的重构极化熵舰船自适应检测方法。首先,用Collins算法重构得到伪全极化熵检测量;其次,对检测量伪全极化熵海洋杂波背景进行GГD模型拟合,并利用对数累计量方法求得参数估计,得到CFAR检测阈值,通过CFAR检测流程得到舰船检测结果。最后,用实测数据对重构效果和模型拟合效果进行比较,并将本文方法与似然比方法做以对比,结果表明,本文提出的重构算法和模型拟合结果最为理想,而基于GГD的CFAR检测方法在效率和适用上优于似然比检测方法。3、针对基于简缩极化SAR特征参数的舰船检测思路,提出了基于功率极化度(Power Degree of Polarimetion,PDoP)的自适应舰船检测方法。首先,依据舰船和海洋两者极化信息和散射强度信息的不同,在简缩极化度和功率两个不同特征参数的基础上构建了功率极化度;其次,提出了基于PDoP的CFAR检测算法流程;最后,通过实验分析了极化度图像和PDoP图像的性能,并对海洋背景杂波进行了分布模型研究,同时与现有文献提出的极化度方法做了对比,证明了本文基于PDoP极化特征参数的CFAR检测方法具有很好的优势和应用性。
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