Novel and Comprehensive Approach for the Feature Extraction and Recognition Method Based on ISAR Images of Ship Target

一种舰船目标实测数据ISAR像的特征提取与识别新方法

王勇,朱鹏凯

（哈尔滨工业大学 电子工程技术研究所,哈尔滨 150001）

创新点说明：

本文基于舰船目标实测数据ISAR成像结果,提出一种新的二维ISAR像特征提取与分类识别方法,具体创新性可说明如下：

1） 舰船目标ISAR像特征提取新方法。包括ISAR像的图像预处理方法,同时给出六种不同特征的提取方法,包括一阶不变矩、二阶不变矩、舰船目标面积、距离单元最大均方偏差、舰船目标长度和桅杆高度。

2） 针对提取出的舰船目标ISAR像特征,文中采用Fisher线性分类器来进行舰船目标的分类识别。以两种不同类型的舰船目标为例,其正确的识别率已超过90%。

研究目的：

为解决基于实测数据ISAR成像结果的舰船目标特征提取与分类识别问题。与仿真数据相比,依据实测数据成像结果进行特征提取与分类识别难度很大,因此本文首先提出有效的图像特征提取方法,进而采用线性分类器完成对舰船目标的分类识别。

研究方法：

1） 舰船目标ISAR像的预处理,包括抑制条纹干扰、中值滤波、数学形态学等,使ISAR像的质量得到进一步提高,便于特征提取。

2） 舰船目标ISAR像的特征提取。分别提取了图像的一阶不变矩、二阶不变矩、舰船目标面积、距离单元最大均方偏差、舰船目标长度和桅杆高度。

3） 舰船目标分类识别。采用Fisher线性分类器来进行舰船目标的分类识别。以两种不同类型的舰船目标为例,其正确的识别率已超过90%。

结果：

1） 文中给出了舰船目标ISAR像的预处理流程,如正文中图3和图4所示。此时ISAR像的质量得到进一步提高。

2） 文中给出了舰船目标ISAR像的特征提取结果,如正文中图5、图6和图7所示。根据这些特征提取结果,可完成对舰船目标的分类识别。

3） 文中选取两种不同类型舰船目标的外场实测数据,并给出相应的识别结果,如正文中表2所示。相应的结果验证了所提特征的有效性。

结论：

对于舰船目标实测数据的ISAR成像结果来说,可通过图像预处理的方法进一步提高图像质量,进而可对舰船目标进行特征提取,并采用分类器完成对不同类型舰船目标的分类识别。本文的研究结果对ISAR成像技术的实际应用奠定了良好的理论和实验基础。

关键词：ISAR图像,特征提取,识别,舰船目标

     

基于快速SBL的双基地ISAR成像

针对稀疏孔径条件下双基地ISAR成像分辨率低、运算时间长等问题,提出了一种基于快速稀疏贝叶斯学习的高分辨成像算法。首先,建立基于压缩感知的双基地ISAR稀疏孔径回波模型,然后将整个二维回波数据进行分块处理,并假设目标图像各像元服从高斯先验,建立稀疏贝叶斯模型,再利用快速边缘似然函数最大化方法求解得到高质量目标图像,最后将所求的每块回波对应的目标图像合成整个二维图像。由于采取了分块处理,在每块图像重构时减少了数据存储量和计算量。另外,相比于传统的稀疏贝叶斯学习求解方法,本文所提快速算法在保证重构质量的同时进一步缩短了运算时间,仿真实验验证了算法的有效性和优越性。     

基于HH变换的非平稳运动目标的ISAR成像

ISAR时频分析法成像与传统的成像处理算法相比,将二维的距离-多普勒矩阵变成了三维的时间-距离-多普勒矩阵,在一定程度上改善了成像质量,但对于非平稳运动目标的成像效果并不非常显著.应用Hilbert-Huang变换,对非平稳运动ISAR目标进行成像处理,并与经典的Wigner-Ville分布算法所得图像进行比较.成像试验结果表明:该算法明显改进了图像质量.     

逆合成孔径雷达的系统补偿

本文给出了逆合成孔径雷达系统的幅相特性的补偿方法,指出补偿可分为混频前的系统补偿和混频后的系统补偿。通过微波暗室实验证明,所给补偿方法是正确的。     

单脉冲三维成像中基于ISAR像的角运动参数估计与补偿方法

介绍了单脉冲三维成像的原理,分析了目标角运动对成像的影响;针对由于目标角运动产生的差波束方向图调制问题,提出了基于ISAR像的角运动参数估计与补偿方法：首先用预偏置技术减小多普勒谱展宽,利用自’适应窗选取多个ISAR像中的孤立散射点,然后将测角结果进行加权平均作为参数估计值,实现角运动补偿。仿真结果证实了本方法的有效性。     

先进合成孔径雷达/逆合成孔径雷达成像及其特征分析

叙述了先进合成孔径雷达／逆合成孔径雷达成像法和超分辨问题。文中的机载SAR用一发三收四口径天线对地面动目标进行监测和跟踪。简单讨论了ISAR的极坐标重组、现代谱分析和时一频成像法。     

逆合成孔径雷达的干扰仿真

从逆合成孔径雷达运动补偿的角度对ISAR成像的干扰机理进行了理论分析,并进行了基于ISAR回波真实数据的仿真实验。理论分析和仿真结果表明,只要施加的干扰信号使得运动补偿过程中相邻距离像复包络的相关函数最大值出现误判,就会有效地使ISAR成像失真。然后,将ISAR与普通脉压雷达、SAR的抗压制干扰能力进行了对比,结果表明由于ISAR成像必须经过运动补偿处理,其抗压制干扰能力相对较差。     

立体目标回波的建立及ISAR成像

逆合成孔径雷达(ISAR)成像仿真的先提条件是要有信号回波,所以首先要建立目标回波模型。本文主要根据一个具体飞行目标,建立立体目标回波模型,再由雷达回波原理,计算得到目标相对于雷达不同位置的回波信号,其中包括考虑遮挡影响,采用传统的距离-多普勒(R-D)成像,对所建立的回波信号进行成像仿真。     

Extraction of Three-Dimensional Motion and Geometric Invariants from Range Dependent Signals

The theory needed to extract three-dimensional size, shape, and motion of a rigid moving body from a series of range-only measurements is explained. For a rigid body, moving with arbitrarily complex, unknown motions, the three-dimensional size and shape of a configuration of points on the body can be calculated from the range data, without any prior knowledge of the geometry of the configuration. The calculations are possible because there exist motion-invariant functions of the range data, which uniquely determine the Euclidean geometry of the points. This theory is shown to work on synthetic range data. When the synthetic data is corrupted by noise the process is shown to still produce reasonable results.     

基于匀加速多普勒频率模型的ISAR成像

传统的逆合在孔径雷达（ＩＳＡＲ）的成像方法是基于目标作为匀速旋转，但是机动性强的非合作目标，非匀速旋转的情况也时有发生，这时会使成像质量下降，本文用等加速转模型代替传统的匀速旋转模型，使成像质量得到改善。