港口区域SAR图像目标检测技术研究

论文摘要

港口区域属于陆海混合环境,非常复杂。采用SAR图像在港口等复杂环境中发现、辨别感兴趣的舰船目标,是雷达领域一个挑战性课题。以机载或弹载雷达探测港口舰船为应用需求,本文在模拟港口区域SAR图像的基础上,系统研究了港口区域SAR图像海陆分割、港口ROI及海岸线的精提取、港口区域舰船目标检测等问题。论文的工作主要包括以下几个方面:(1)第一章主要介绍了课题的研究背景和意义,并分别对SAR图像模拟、SAR图像边缘检测、SAR图像舰船目标检测的研究现状进行了概括。(2)第二章主要研究了港口区域SAR图像模拟问题。首先根据港口区域SAR图像灰度特征的先验信息,分别定义了陆地、海洋、防波堤、码头以及舰船目标的后向散射系数模型;结合港口目标的几何分布产生了港口区域回波信号,并利用经典SAR成像算法对回波信号进行处理获得了港口区域SAR图像;最后基于杂波统计分布模型产生了典型环境下的陆地杂波与海杂波,并分别叠加到陆域和海域,由此获得了不同信杂比条件下的港口区域SAR图像。本章的港口区域SAR图像模拟的研究为后续章节海陆分割、舰船目标检测奠定了实验数据基础。(3)第三章主要研究了港口区域SAR图像海陆分割问题。首先从港口区域SAR图像出发,分别采用海岸线检测、阈值分割和形态学处理的方法实现了海陆粗分割;然后采用基于防波堤与码头几何特征的方法实现了港口ROI提取;为了解决舰船紧靠陆地时海陆粗分割带来的漏警问题,采用扩展条带区域方法实现了海岸线的精提取,同时避免了舰船漏警。(4)第四章主要研究了港口区域SAR图像舰船目标检测问题。首先介绍了以CFAR检测方法为代表的海面舰船目标检测方法;然后基于港口区域SAR图像舰船目标检测方案,采用基于K分布的局部自适应CFAR检测算法对港口区域舰船目标进行检测,解决了海面背景SAR相干斑和海尖峰带来的虚警问题,并通过仿真实验得到了不同信杂比条件下舰船目标的检测性能。(5)第五章总结了全文的研究成果,并指出了论文后续的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 港口区域SAR图像模拟研究的意义
• 1.1.2 港口区域SAR图像海岸线检测研究的意义
• 1.1.3 港口区域SAR图像舰船目标检测研究的意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 机载SAR的发展概况
• 1.2.2 SAR图像模拟研究现状
• 1.2.3 SAR图像边缘检测研究现状
• 1.2.4 SAR图像舰船目标检测研究现状
• 1.3 论文主要工作及创新
• 1.3.1 论文主要工作
• 1.3.2 论文创新点
• 第二章 港口区域SAR图像模拟
• 2.1 引言
• 2.2 线性调频雷达的信号处理原理
• 2.2.1 线性调频信号
• 2.2.2 脉冲压缩原理
• 2.3 距离和方位高分辨率实现原理
• 2.3.1 距离高分辨率实现原理
• 2.3.2 方位高分辨率实现原理
• 2.4 典型港口区域模型
• 2.4.1 点目标SAR回波信号模型
• 2.4.2 港口区域SAR回波信号模型
• 2.5 港口区域SAR图像模拟
• 2.5.1 经典SAR成像算法
• 2.5.2 港口区域SAR图像模拟
• 2.5.3 杂波环境下的港口区域SAR图像模拟
• 2.6 本章小结
• 第三章 港口区域SAR图像海陆分割
• 3.1 引言
• 3.2 港口区域SAR图像海陆粗分割
• 3.2.1 基于海岸线检测的海陆粗分割方法
• 3.2.2 基于阈值分割和形态学处理的海陆粗分割方法
• 3.3 港口ROI及海岸线的精提取
• 3.3.1 基于防波堤与码头几何特征的港口ROI提取方法
• 3.3.2 海岸线的精提取
• 3.3.3 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 港口区域SAR图像舰船目标检测
• 4.1 引言
• 4.2 海面舰船目标检测方法
• 4.2.1 全局CFAR检测算法
• 4.2.2 局部双参数CFAR检测算法
• 4.2.3 局部自适应CFAR检测算法
• 4.3 港口区域SAR图像舰船目标检测分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 统计分布模型CFAR检测阈值
• 附录B 统计分布模型的参数估计