雷达图像定位方法与关键技术研究

论文摘要

成像雷达技术的发展从二十世纪五十年代开始，到六十年代就基本成熟。尽管如此，直到二十世纪末期，随着我国相关部门对雷达成像技术的深入研究，雷达成像技术才得以在我国迅速发展，并逐步在国民经济的许多领域得到应用。相对于传统的空间遥感方式，由于雷达成像具有全天时、全天候、高分辨率以及对地面和对植被有一定穿透能力等突出的优点，因此，雷达遥感开拓了全新的观测方式和应用领域，成为对地观测、变形监测、军事应用等领域最具潜力的新技术之一。 雷达遥感技术在军事领域比其它遥感手段具有明显的优越性，但是，由于雷达遥感的成像机理完全不同于其它遥感方式，其后期数据的处理具有很高的难度，因此，也极大地限制了这项新技术的推广应用。近年来，随着雷达图像空间分辨率的提高以及图像匹配技术的发展和应用，利用雷达图像实现飞行器的自主导航成为一项热点研究课题，而雷达图像斑点噪声的抑制、雷达图像匹配可靠性的提高以及飞行器的精确定位问题，成为利用雷达成像有效载荷实现飞行器自主导航和定位的瓶颈问题。本文旨在从雷达成像的特性出发，结合航天总公司“XXXX雷达景象末制导技术研究”项目的内容，系统地研究了飞行器的自主导航和定位问题，并对其中的关键技术问题提出了一些新的思想和方法。这些工作包括： (1)在研究雷达成像基本原理的基础上，系统地分析了雷达作用距离、雷达参数和目标特性之间的关系，特别是详细地讨论了雷达图像上典型目标的成像特性以及雷达图像光斑的统计特性，为更有效地研究雷达图像的匹配与定位问题奠定了基础。 (2)在分析了雷达图像多种滤波方法的基础上，重点研究了小波提升技术和利用马尔科夫模型描述小波系数的相关性问题，探讨了适用于雷达图像噪声滤波的小波函数选择和提升方法，提出了一种基于提升小波和隐马尔科夫模型相结合的雷达图像斑点噪声滤波方法，该方法对雷达图像斑点噪声的抑制取得了很好效果。 (3)在系统地研究了实孔径雷达图像匹配的基础上，为了减小实孔径雷达

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 雷达与成像雷达
• 1.2 成像雷达的发展
• 1.3 雷达图像的滤波技术研究
• 1.4 雷达图像的目标检测与匹配技术研究
• 1.5 雷达图像的目标定位技术研究
• 1.6 本论文的组织与研究内容
• 本章小结
• 第2章 雷达成像原理及目标特性分析
• 2.1 雷达成像原理
• 2.2 雷达作用距离、雷达参数和目标特性之间关系
• 2.3 影响雷达回波的主要因素
• 2.4 雷达图像的特点及光斑统计特性
• 2.5 Radarsat雷达卫星的主要特性
• 本章小结
• 第3章 雷达图像的滤波方法
• 3.1 常用的图像滤波方法
• 3.1.1 中值平滑滤波
• 3.1.2 均值平滑滤波
• 3.1.3 Lee滤波
• 3.1.4 Frost自适应滤波
• 3.1.5 Lee自适应滤波
• 3.1.6 改良K-均值自适应滤波
• 3.1.7 Gamma Map滤波
• 3.1.8 图像的小波变换滤波
• 3.1.9 图像小波域的隐Markov模型滤波
• 3.2 小波的提升方法
• 3.2.1 传统小波的提升实现
• 3.2.2 图像的小波提升算法实现
• 3.2.3 图像噪声抑制的小波函数选择与提升
• 3.3 隐马尔可夫随机场的基本概念
• 3.4 提升小波和HMM结合的雷达图像滤波方法
• 3.4.1 小波系数的模型描述
• 3.4.2 小波系数的参数估计
• 3.4.3 提升小波和HMM雷达图像滤波
• 3.4.4 试验与结果分析
• 本章小结
• 第4章 实孔径雷达图像目标检测与匹配方法
• 4.1 图像匹配的一般方法
• 4.1.1 基于灰度的图像匹配
• 4.1.2 基于特征的图像匹配
• 4.1.3 雷达图像的匹配
• 4.2 真实孔径雷达图像的目标检测与匹配
• 4.2.1 图像的模糊域增强原理
• 4.2.2 Radon变换和基于知识的机场目标检测方法
• 4.2.3 实孔径雷达图像的匹配
• 4.2.4 实验结果与分析
• 4.3 SAR图像的目标分割
• 4.3.1 图像的区域分割
• 4.3.2 Otsu阈值分割
• 4.3.3 Markov随机场的图像分割
• 4.3.4 模糊增强的阈值分割
• 4.3.5 模糊聚类分割
• 4.4 图像匹配可靠性提高
• 4.5 图像匹配概率分析
• 4.5.1 信噪比对图像匹配定位概率的影响
• 4.5.2 特征和背景的对比度对图像匹配定位概率的影响
• 4.5.3 雷达实时图像中不同尺度地物特征对匹配定位概率的影响
• 本章小结
• 第5章 雷达图像定位方法
• 5.1 光学图像定位
• 5.2 实孔径雷达图像定位
• 5.2.1 实孔径雷达成像几何模型
• 5.2.2 空间定位误差分析
• 5.2.3 空间定位误差修正
• 5.2.4 实验分析
• 5.3 合成孔径雷达图像定位
• 5.3.1 SAR图像定位策略
• 5.3.2 SAR图像构像方程
• 5.3.3 SAR图像的定位模型
• 5.3.4 实现方法和实验分析
• 本章小结
• 第6章 雷达图像定位系统原型
• 6.1 软件设计
• 6.2 系统的主要功能
• 6.2.1 目标影像转换
• 6.2.2 小波变换
• 6.2.3 斑点噪声滤波
• 6.2.4 典型目标提取
• 6.2.5 影像特征描述
• 6.2.6 匹配定量分析
• 6.2.7 图像定位修正
• 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 无人驾驶飞机的精确定位方法
• 附录B 系统主要接口及动态联接库
• 在读期间发表的学术论文与研究成果