SAR复图像数据的CCSDS-IDC编码性能分析与四叉树编码

目的：CCSDS-IDC (国际空间数据系统咨询委员会-图像数据压缩) 是NASA制定的基于离散小波变换(DWT)尺度间衰减性的空间图像数据压缩标准,适用于合成孔径雷达(SAR)幅度图像及各类遥感图像的压缩。然而,与光学图像不同,常见的SAR图像都是复图像数据,其在干涉测高等许多场合具有广泛应用,分析研究CCSDS-IDC对SAR复图像数据的编码性能具有重要的应用价值。方法：由于SAR复图像数据不具有尺度间的衰减性,因此将其用于SAR复图像数据编码时性能较低。考虑到SAR复图像数据DWT系数呈现出聚类特性,提出将四叉树(QC)用于DWT域的SAR复图像数据编码,发现QC对SAR复图像数据具有高效的压缩性能。结果：实验结果表明,在同等码率下,对基于DWT的SAR复图像数据压缩, QC比CCSDS-IDC最多可提高幅度峰值信噪比4.4dB,平均相位误差最多可降低0.368;与基于方向提升小波变换（DLWT）的CCSDS-IDC相比,QC可提高峰值信噪比3.08dB,降低平均相位误差0.25;对其它类型的图像压缩,基于聚类的QC仍能获得很好的编码性能。结论：CCSDS-IDC对SAR复图像数据编码性能低下,而QC能获得很好的编码性能。对应于图像平滑分布的尺度间衰减性,其在某些特殊图像中可能不存在,而对应于图像结构分布的聚类特性总是存在的,故在基于DWT的图像编码算法设计中,应优先考虑利用小波系数的聚类特性,从而实现对更多种类图像的高效编码。     

基于分形维数的SAR图像变化检测

斑点噪声是合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)相干成像所固有的,且不可避免的.为了尽可能地抑制斑点噪声对SAR图像变化检测的影响,利用分形维数方法对SAR图像的变化检测进行了研究,并提出了一种基于SAR图像分形维数的变化检测算法,该算法对SAR图像斑点噪声不敏感.并对计算分形维的滑动窗大小的选择进行了研究.用实测SAR图像进行了验证实验,结果表明分形维数可以用于SAR图像变化检测,它是一种新的SAR图像变化检测的方法与途径;同时,滑动窗大小的选择对SAR图像检测结果有影响.     

SAR成像应用特征分析及硬件设计空间讨论

合成孔径雷达SAR是一种主动式的对地观测系统.近年来SAR逐渐朝着多平台化发展,陆续出现了在无人机、探测车等小型移动平台上.SAR成像是运行在SAR上的成像程序,由于新的特殊运行环境的出现、其对低能耗和高算力有了更严格的要求.如何针对特定的平台,提供高性能、低功耗的应用支持,便成为其核心要点.对SAR成像计算和访存等特征进行了分析,针对性地进行了程序优化并测试了该程序在x86平台上的性能,以获得可靠的性能参考.在此基础上,面向DSP+FFT加速器的硬件结构,构建了一个算力配比数学模型,为硬件设计提供解决方案.     

基于多次散射目标模型的雷达成像研究

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）作为一种主动微波传感器,被广泛应用于遥感对地观测。然而,传统上的雷达散射模型是基于几何光学近似的,忽略了地物目标之间的相互作用,即多次散射效应。为了充分挖掘和利用毫米波雷达影像中目标电磁散射特性信息,亟需对典型目标的多次散射效应进行建模仿真和验证。基于矩量法（Method of Moments, MoM）分析了球体、二面角等目标表面等效电流分布与分段成像结果的对应关系,并利用后向投影（Back-Projection, BP）算法进行电磁仿真成像,总结了单/双基地雷达模式对成像中散射机制的影响。结果表明：目标表面等效电流分布以及分段等效合成孔径张角会随入射角度发生改变,其中分段等效合成孔径张角会影响方位向分辨率;双基地雷达成像结果中包含更丰富的电磁散射信息。本研究可为SAR系统设计和验证、典型目标回波特性数据收集以及如何基于高解析度SAR影像进行目标识别等研究提供借鉴与参考。     

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。     

基于Legendre多项式展开的双基SAR二维频域成像算法

针对任意构型双基SAR基于传统Taylor级数展开斜距方法的边缘点散焦问题,提出了一种基于Legendre正交多项式逼近的双基SAR二维频域成像算法。该算法基于对斜距函数的Legendre多项式展开推导了点目标二维频谱,解除了回波信号距离—方位的耦合,使成像处理更高效。在二维频域对场景区域的点目标采用二维频域成像算法进行成像。该算法改善了场景边缘点的聚焦效果,增加了场景边缘点的聚焦深度。理论推导和仿真结果验证了该算法的有效性和可行性。     

大场景 SAR图像舰船目标快速检测

基于SAR图像的舰船目标检测是海洋监视应用的重要方面,随着SAR图像资源的不断丰富,计算速度成为衡量舰船目标检测算法的重要指标。针对大场景SAR图像,提出一种基于分块CFAR的舰船目标快速检测算法。首先通过图像增强提高舰船目标与海洋杂波之间的对比度,然后利用差异性参数进行分块筛选,剔除不包含目标的区域,最后对待检测区域实现基于积分图的快速CFAR检测。TerraSAR_X实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

高分辨TerraSAR-X 图像舰船目标几何参数提取方法

准确提取SAR图像舰船目标几何参数是实现舰船分类的基础。由于SAR特有的成像机理, SAR图像旁瓣效应和方位模糊严重影响了舰船目标的几何参数估计,为此提出一种基于迭代线性回归的舰船几何参数提取方法。首先通过线性回归提取目标的主轴方位;然后利用循环迭代剔除远离主轴的虚假目标像素;最后用实测SAR数据进行了验证。实验结果表明,该算法对高分辨率的SAR舰船目标切片具有较好的参数估计效果。     

新型即插即用星载计算机千兆以太网系统设计

针对我国现阶段星载计算机通用性较差和无法"即插即用"的问题,以及对数据传输速率的高要求,设计了新型即插即用星载计算机千兆以太网数据传输系统,重点研究了星载计算机的总体结构设计和千兆以太网的实现。该系统以国产BM3803为处理器,采用紧凑型外围组件互联c PCI总线为内总线与系统各功能模块互连,实现即插即用和通用化功能。千兆以太网平台采用MAC+PHY方式,MAC采用FPGA内嵌的IP核实现,PHY采用Marvell公司的88E1111芯片实现。对比国产星载计算机在以太网方面的现状,分析表明,该系统通用性更好,数据处理性能更高,数据传输速率最高可达1 Gb/s。以FPGA方式实现千兆以太网设计,有效提高了系统的可靠性和集成度,能够满足未来较长时间国内星载计算机系统在千兆以太网方面的实际应用需求。     

基于超像素分割和多方法融合的SAR图像变化检测方法

针对基于像素的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像变化检测会造成虚警较高、结果破碎的问题,提出一种基于超像素分割和多方法融合的SAR图像变化检测方法。首先引入基于简单线性迭代聚类(Simple Linear Iterative Clustering,SLIC)的超像素分割方法,通过对主辅图像进行联合分割,得到符合实际地物边界的超像素分割结果;同时,利用3种基于像素的变化检测方法获取初始变化检测结果;接着,利用超像素分割结果和初始变化检测结果进行两个层次的众数投票,去除检测结果中由于噪声引起的虚警和连通域中的孔洞。选取两个时相的苏州Radarsat-2单极化SAR图像开展变化检测实验,实验结果表明该算法在保持较高检测率和有效边界的基础上,能够显著降低虚警。