基于光流法的目标三维散射中心重构

研究了基于逆合成孔径雷达(ISAR)图像序列的三维散射中心重构,针对干涉逆合成孔径雷达(InISAR)不能分辨同一距离和方位单元中多个散射点的问题,提出了一种基于光流分析的目标三维散射中心重构方法。通过对不同姿态下的同一运动目标进行距离-多普勒(R-D)成像,得到二维ISAR图像序列,然后对ISAR图像分别进行距离-方位向定标,通过引入计算机视觉理论中正投影的概念,并利用光流分析得到目标三维散射中心。仿真结果表明,该方法具有目标三维散射中心重构的能力,且能够得到较高质量的目标像。     

合成孔径雷达目标特征提取新方法

为了能从雷达回波中快速有效地提取目标几何电磁特征,提出一种稳健而快速的属性散射中心模型特征参数提取方法．通过结合实际合成孔径雷达的应用条件,对属性散射中心模型简化,并利用简化模型构造基函数,继而采用RELAX算法对目标属性散射中心逐个估计与提取．通过引入快速傅里叶算法有效地提高了参数估计效率,并对属性参数的最大搜索间隔和搜索范围进行了理论推导．仿真和实测数据实验证明,这种算法对于目标的属性参数估计较为精确且对噪声不敏感,与传统参数估计方法相比,有效提高了运算效率．     

ISAR Imaging of Fluctuating Ship Target Based on a Novel Approach for Cubic Chirplet Decomposition with Local Polynomial Wigner Distribution

基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解新方法及其在舰船目标逆合成孔径雷达成像中的应用

王勇,高建军

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院)

创新点说明：

1） 本文提出一种三次Chirplet分解的新方法。通过计算散射点回波信号的局域多项式魏格纳分布,可获得三次Chirplet基函数的参数估计。解决了传统参数估计方法存在的算法复杂、计算量大等问题。

2） 本文提出一种基于三次Chirplet分解的舰船目标逆合成孔径雷达成像新方法,解决了舰船目标复杂运动情况下,传统的成像方法成像质量下降的问题。本文方法可获得舰船目标高质量的成像结果。

研究目的：

本文的写作目的主要是为了解决舰船目标复杂运动情况下如何提高成像质量的问题。同时提出新的信号参数估计方法,解决传统方法存在的算法复杂、计算量大等问题。

研究方法：

1） 基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解的新方法。通过峰值搜索,可获得三次Chirplet基函数三次相位系数的估计,进而通过解调频等技术获得其它信号参数的估计。对于多分量信号,可通过洁净技术逐一估计出不同信号分量的参数。

2） 舰船目标复杂运动情况下,散射点回波信号可用多分量多项式相位信号模型来进行刻画。通过对多项式相位信号进行三次Chirplet分解,可获得其内在结构信息。进而采用距离——瞬时多普勒成像算法,可获得舰船目标高质量的成像结果。

仿真数据和外场实测数据成像结果验证了本文方法的有效性。

结果：

1） 文中构造了三维摆动的舰船目标及其回波信号模型,如文中图2所示。相应的成像结果如文中图4所示。此时获得了舰船目标高质量的成像结果。

2）文中选取舰船目标的外场实测数据,相应的成像结果如文中图6和图7所示,进一步说明了本文算法的适应性。

结论：

基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解的新方法,可获得三次Chirplet基函数的高精度参数估计结果。将该方法应用于复杂运动舰船目标的逆合成孔径雷达成像中,可获得舰船目标高质量的成像结果。

关键词：三次Chirplet分解;局域多项式魏格纳分布;逆合成孔径雷达成像

     

3D打印AlSi10Mg合金组织性能研究

二维稀疏舰船目标的三维干涉ISAR成像

王勇^1,2,陈雪飞^1,2

(1.哈尔滨工业大学 电子工程技术研究所,哈尔滨 150001;

2. 对海监测与信息处理工业和信息化部重点实验室 哈尔滨 150001)

创新点说明：

提出一种当舰船目标回波处于两维稀疏情况时的三维InISAR成像算法,具体创新性可说明如下：

1） 首先将距离维稀疏回波进行稀疏重构;然后利用全局类补偿方法对重构后的信号进行包络对齐、相位校正和图像配准;接着考虑舰船目标在成像时间内近似为平稳运动,对接收的稀疏回波提取出有效数据,进行方位压缩得到目标的高分辨ISAR图像;最后通过干涉处理得到目标的三维几何重构图。

2） 本文所提方法解决了回波两维稀疏情况下舰船目标的三维InISAR成像问题,可有效适用于回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失的情况;相对于传统的三维成像算法,本文算法可得到更好的成像结果。

研究目的：

为解决回波处于两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像问题,提出一种针对回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失时的舰船目标三维InISAR成像算法。该算法具有一定的有效性和实用性,可实现在方位维回波随机缺失75%时的成像,块缺失中有效回波仅占接收回波1/8时的舰船目标三维InISAR成像。

研究方法：

1）对回波距离维随机缺失数据采用梯度自适应算法进行稀疏重构,得到重构的回波;

2） 利用全局平均一维距离像熵最小算法估计出中心雷达回波中目标的运动参数,利用该参数对各雷达回波进行距离对准;

3） 利用联合相位校正算法对包络对齐后的三雷达回波进行处理,在实现回波相位校正的同时消除回波间的波程差,实现各图像间的配准;

4） 将成像时间内舰船目标的运动近似为平稳运动,提取出接收回波中的有用数据进行方位向压缩后得到三幅ISAR图像;

5） 分别沿两基线进行干涉处理,并结合测距信息即可得到目标的三维几何重构,从而实现回波两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像。

研究结果：

1） 由不同稀疏重构算法对距离维信号的重构误差对比图可看出,本文中的梯度自适应算法能获得更好的结果;

2） 由回波两维随机缺失时舰船目标的三维InISAR成像结果可看出,回波在不同的缺失情况时均能得到目标很好的三维图像,即使回波中有效数据仅占25%时。

3）由距离维随机缺失、方位维块缺失时舰船目标的成像结果可发现,本文算法对处于不同缺失情况下的回波均能实现目标的三维几何重构,表明了该算法的有效性。

4） 通过对采用不同图像配准算法的舰船目标三维几何重构图分析可以发现,本文算法更适用于稀疏孔径下目标的三维InISAR成像。

结论：

当雷达接收回波处于两维稀疏时,传统的运动补偿和图像配准算法将无法获得目标运动的精确补偿和图像间的精确配准,使得稀疏孔径下舰船目标的二维成像质量下降,三维几何重构精度偏低。本文提出一种针对回波处于两维稀疏时舰船目标的三维InISAR成像算法,仿真实验结果可看出,该算法适用于回波处于距离维随机缺失、方位维随机缺失或块缺失的舰船目标三维成像,验证了所提算法的有效性。

关键词：3-D InISAR, 两维稀疏,梯度自适应算法,平均一维距离像,联合相位校正

     

弹头目标的ISAR回波特性分析

针对弹道导弹目标进行逆合成孔径雷达(ISAR)成像问题,对沿轨道高速运动并同时伴有自旋的弹头ISAR回波特性进行了分析.首先建立了弹头目标的运动模型和ISAR回波模型,将弹头的自旋矢量沿雷达视线方向和垂直于雷达视线方向进行分解,然后分别分析了弹头目标的轨道运动和自旋对回波信号的影响,最后进行了仿真分析.理论分析和仿真结果表明:弹头目标沿轨道的高速运动会使目标散射点产生严重的越距离单元徙动,而弹头的自旋会使目标散射点产生严重的越多普勒单元徙动,并使回波多普勒谱展宽,因而这两者都必须进行补偿.     

一种低分辨率雷达编队目标回波仿真方法

针对低分辨率雷达回波含有架次特征信息的状况,提出一种回波仿真方法.选用辛格函数作为散射中心函数,由多个散射中心函数的加权和逼近目标冲激响应,将发射信号与目标冲激响应卷积得到仿真回波.仿真回波对基于波形特征的编队目标架次判别的算法研究提供一定的数据支持.     

多径条件下舰船目标散射特性分析与实验

岸基对海雷达探测舰船目标时会受到起伏海面的影响,形成电磁波传播的多径效应,对舰船目标雷达散射特性产生影响.根据电磁波传播的四路径模型,提出一种多径条件下舰船目标散射特性的统计分析方法,分析得出了起伏海面对舰船目标散射回波的平均影响系数,基于雷达方程指出该系数对雷达目标回波功率的影响程度.利用声波和电磁波之间的相似特性,采用水声测量实验的方式对多径条件下舰船目标回波特性进行了实验.实验结果验证了方法的有效性.     

一种改进的多普勒中心频率估计方法

在合成孔径雷达成像及其应用中,需要对多普勒中心频率进行估计。在分析目标回波多普勒历程的时频模型基础上,提出了一种时频滤波的方法,该方法通过滤除部分强散射点的时频分布来消除功率谱的扭曲,进而提高多普勒中心频率估计的精度。实验证明了该方法的有效性。     

目标电磁散射特性对高分辨率星载SAR图像仿真影响

建立了考虑目标电磁散射特性时频变化的回波仿真模型,给出了目标电磁散射特性对回波在方位向和距离向的调制效果,并对典型目标进行了回波仿真和成像处理,验证了目标电磁散射特性对高分辨率星载SAR图像仿真的影响,并提出了高分辨率星载SAR图像仿真方法改进的方向。     

机载前视SAR三维成像原理及分辨率分析

提出一种新型的采用天线阵模式的机载前视合成孔径雷达(SAR)系统,分析了其三维成像原理。根据前视SAR的成像几何模型和回波信号特点给出了实现前视SAR三维成像的处理流程,详细推导了前视SAR的三维分辨率。模拟了X波段前视SAR点目标回波并进行了三维成像实验。仿真结果表明前视SAR系统能够实现三维成像,验证了本文算法的有效性。     

利用回波数据的高分宽测机载SAR运动误差提取方法

为实现高分辨宽测绘带SAR成像,提出一种基于回波数据的高分辨宽测绘带机载SAR运动误差提取方法,有效弥补了基于惯性测量单元/全球定位系统(INS/GPS)提取的运动误差精度低的问题.首先采用一种基于图像对比度最优的方法对SAR回波数据进行相位误差估计,然后利用加权总体最小二乘(WTLS)基于空变相位误差模型反演运动轨迹...     

Edge diffraction correction for 3D scattering center modeling based on the shooting and bouncing ray technique

In the traditional scattering center extraction method based on the shooting and bouncing ray(SBR) technique,only the physical optics contribution of the target is considered.However,the physical optics method is unable to describe the contribution of the actual edge diffraction.By comprehensively considering the specular reflection and edge diffraction contribution of the target,an edge diffraction correction method for 3D scattering center modeling based on the SBR technique is proposed.Using the SBR technique and combining the image domain ray tube integration and equivalent edge currents method,the edge diffraction correcting formula for the 3D inverse synthetic aperture radar image is derived.Simulation results show that the proposed method is able to effectively improve the modeling accuracy of the 3D scattering center.     

一种基于回波数据相位改变的SAR目标保护方法

为了保证SAR回波数据安全,使得非法截获回波数据后无法从图像上获取重要目标信息,提出了一种基于回波数据相位改变的新方法。结合SAR成像原理,理论推导和分析了回波数据沿方位向增加一次相位引起的目标平移量的大小,以及增加二次相位引起的图像散焦,并通过点目标仿真直观呈现了成像效果。最后利用RADARSAT-1真实数据进行了仿真,仿真结果验证了该方法保护重要目标信息的可行性。     

Three-dimensional positions of scattering centers reconstruction from multiple SAR images based on radargrammetry

A method and procedure is presented to reconstruct three-dimensional(3D) positions of scattering centers from multiple synthetic aperture radar(SAR) images. Firstly, two-dimensional(2D) attribute scattering centers of targets are extracted from 2D SAR images. Secondly, similarity measure is developed based on 2D attributed scatter centers' location, type, and radargrammetry principle between multiple SAR images. By this similarity, we can associate 2D scatter centers and then obtain candidate 3D scattering centers. Thirdly, these candidate scattering centers are clustered in 3D space to reconstruct final 3D positions. Compared with presented methods, the proposed method has a capability of describing distributed scattering center, reduces false and missing 3D scattering centers, and has fewer restrictionson modeling data. Finally, results of experiments have demonstrated the effectiveness of the proposed method.     

一种SAR目标属性特征提取算法

针对散射中心重叠的情况,利用散射中心空域及其散射机理的稀疏特性,提出一种基于全极化属性散射中心模型的合成孔径雷达目标属性特征提取算法.根据散射中心空域与散射机理的稀疏特性,对目标的极化分解系数矩阵分别施加行稀疏约束与矩阵稀疏约束.由于极化散射机理字典包含未知参数,在此采用坐标轮回下降法分别估计极化分解系数矩阵与极化散射机理字典,同时提取属性散射中心及其极化特征等属性特征.基于电磁计算数据的实验结果,验证了该算法能够利用极化信息提取散射中心的属性特征.     

Fast method for SAR echo simulation of a three-dimensional ground scene

Due to huge calculation of SAR echo simulation of a three-dimensional (3D) ground scene, a fast simulation method is proposed. First, the data of a 3D ground scene are fractionally interpolated based on the Fractional Brownian Motion (FBM) model. Second, the data interpolated are divided into lots of small facets whose precision meets the simulation requirement, the backscattering coefficients of the small facets are calculated. Third, the shaded area is judged by the comparison method of overlook angles. Three parallel levels are analyzed and the kernel function is designed. Finally, the computing method of reduction adding and external thread are also utilized under the framework of GPU in order to get high efficiency. With the methods mentioned above, the imaging result of experimental DEM data verifies the validity and superiority of the proposed method.     

基于功率谱AMSF的微动特征提取算法

以旋转周期估计为核心的微动特征提取技术是对空间自旋目标、空间碎片和弹头等目标进行成像和识别的基础,转速估计的精度直接影响成像和识别的结果.从旋转目标的窄带雷达散射机理出发,建立了旋转散射点的基频回波模型.针对旋转运动导致窄带回波是多分量SFM信号的特征,对多分量SFM信号的频谱进行了分析,根据其周期特征,提出了基于信号功率谱AMSF的微动特征提取算法.通过仿真验证了该算法在较低的信噪比下有较高的精度和稳定性.该方法有较强的应用前景.     

基于蚁群优化算法的SAR图像舰船检测研究

边缘检测作为提取图像边缘的重要方法在舰船检测中占有重要位置。采用蚁群优化算法通过调整动态阈值进行边缘检测。与传统边缘检测算子和小波变换算法对比采用蚁群优化算法进行舰船检测大大的减少了计算时间和代价,同时有效地提取了SAR图像的舰船目标和结构信息,保证了检测结果的准确性。蚁群优化算法在处理图像边缘检测等离散优化问题上具有很大的优越性,在图像处理中具有广阔的应用前景。     

利用宽带回波的目标微动参数提取方法

高速目标平动补偿是弹道目标微动特征信息提取中一个较难解决的问题.利用弹道导弹宽带回波信号,提出了一种基于散射中心极化散射特性的非相干宽带回波对齐方法,通过极化相似性参数实现散射点中心对齐,并利用目标散射中心的高分辨一维距离像走动提取瞬时微动参数,对目标的尺寸和微动参数进行估计.仿真结果表明,该方法可以有效地在较低信噪比...     

Improved Ship Target Detection Accuracy in SAR Image Based on Modified CFAR Algorithm

基于修正CFAR算法的高精度SAR图像舰船目标检测

王勇,郭天骄

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院,哈尔滨 150001)

创新点说明：

本文基于舰船目标实测数据SAR成像结果,提出一种新的二维SAR图像舰船目标检测算法,具体创新性可说明如下：

1）首先使用Otsu算法大致确定舰船目标的大小,进而自适应地确定CFAR滑动窗的尺寸,使算法更有普适性。

2）介绍了CFAR算法的改进形式,在提高运算速度的同时大大提升了检测效率。

3）所用的综合算法包含了形态学分割算法,解决了传统Otsu、CFAR算法不能处理多目标融合、角反射过强等问题,降低了漏警概率。

研究目的：

传统CFAR舰船检测算法效率低、无法根据图像分辨率和舰船目标大小来确定滑动窗大小,而且无法解决多目标融合等问题,基于此,本文设计一种综合算法可解决基于SAR图像的舰船目标检测问题。

研究方法：

1）对图像进行Otsu二值分割处理,量取分割后的每个区域的尺寸;

2）采用改进的CFAR算法,将积分运算简化为求和迭代运算,将阈值初始化为二倍窗内灰度值均值,窗大小根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定;

3）对经过CFAR算法后的图像进行形态学开运算处理。开运算算子采用一条线段,长度同样根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定。

结果：

1）说明了SAR图像进行Otsu处理后的图像特点,以及Otsu算法可以迅速获得舰船目标大小的优点。

2）给出了改进的CFAR算法的计算流程,此算法能够根据上一步估计的舰船目标大小来调整滑动窗大小,计算高效迅速,而且比较精确。

3）采用形态学开运算算法,并能根据Otsu算法分割后的每个区域大小来确定开运算算子,开运算处理后融合的多目标彼此分离,强角反射得到了去除,降低了漏警概率和虚警概率。

结论：

对于一幅含有舰船目标的SAR图像,可以通过Otsu、CFAR、开运算处理来进行舰船目标检测,降低漏警概率和虚警概率,提高算法的普适性和精确性。此外,通过对CFAR算法改进可大大提升运算效率。本文的研究结果对SAR舰船目标检测算法的实际应用奠定了良好的理论和实验基础。

关键词：舰船检测,Otsu算法,恒虚警检测,开运算