合成孔径雷达图像特征

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雷达成像技术(保铮word版)第四章合成孔径雷达

第四章合成孔径雷达合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar ，简称SAR ）是成像雷达中应用最多，也是本书讨论的重点。

在前几章对雷达如何获取高的距离分辨率和横向分辨的基础上，从本章开始用三章的篇幅对合成孔径雷达作较详细的讨论。

首先，结合工程实际介绍合成孔径雷达的原理。

在前面的讨论中已经提到，根据不同的要求，成像算法（特别是横向成像算法）有许多种，本章只介绍最简单的距离-多普勒算法的原理，目的是由此联系到对合成孔径雷达系统的要求以及工程实现方面的问题。

合成孔径雷达通常以场景作为观测对象，它与一般雷达有较大不同，我们将在本章讨论合成孔径雷达有别于一般雷达的一些技术性能和参数。

4.1 条带式合成孔径雷达成像算法的基本原理4.1所示，设X 轴为场景的中心线，Q 为线上的某一点目标，载机以高度H 平行于中心线飞行，离中心线的最近距离B R 为B R = （4.1）当载机位于A 点时，它与Q 点的斜距为R = （4.2）式中t X 为点目标Q 的横坐标。

当分析中心线上各个点目标的回波状况及成像算法时，可以在包括场景中心线（即X 轴）和载机航线的平面里进行。

至于场景里中心线外的情况将在后面说明，这里暂不讨论。

一般合成孔径雷达发射线性调频（LFM ）脉冲，由于载机运动使其到目标的距离发生变化，任一点目标回波在慢时间域也近似为线性调频，而且包络时延也几何示意图随距离变化，即所谓距离徙动。

合成孔径雷达成像算法的任务是从载机运动录取得到的快、慢时间域的回波数据，重建场景图像，它是二维匹配滤波问题。

严格考虑距离徙动的成像算法比较复杂，在实际应用中，一般均根据情况采用一些较简单的算法，这些将在第五章里系统介绍。

在这里我们主要讨论分辨率较低，距离徙动影响可以忽略的最简单的情况，这时可采用简易的距离-多普勒基本算法。

所谓距离徙动的影响可以忽略不计是指雷达波束扫过某点目标的相干处理时间里，目标斜距变化引起的距离徙动值小于距离分辨单元长度的1/4~1/8，即场景中心线上所有点目标的回波（距离压缩后的）在慢时间域里均位于同一个距离单元。

合成孔径雷达图像目标识别技术研究

合成孔径雷达图像目标识别技术研究合成孔径雷达图像目标识别技术研究摘要：合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种通过感知目标反射或散射的雷达技术。

在航天、军事、环境监测等领域都有着重要的应用价值。

本文旨在对合成孔径雷达图像目标识别技术进行研究，包括图像预处理、特征提取和分类方法。

通过实验验证了这些方法的有效性和可行性，为进一步的相关研究提供了参考。

1. 引言合成孔径雷达（SAR）是一种能够获取高分辨率地面目标信息的雷达技术。

由于其具有无视天候、全天候工作和穿透隐蔽物等优势，因此在军事侦察、环境监测、资源勘探等领域得到了广泛应用。

目标识别作为SAR图像处理的重要环节之一，对于提取目标特征、辨识目标类别具有重要意义。

2. 合成孔径雷达图像预处理合成孔径雷达图像在获取过程中会受到多种干扰因素的影响，如地物散射、方向模糊等。

因此，为了提高目标识别的准确性，需要对SAR图像进行预处理。

预处理主要包括去噪、图像增强和几何校正等步骤。

2.1 去噪由于SAR图像在采集过程中会受到天气等因素的干扰，导致图像中出现噪声。

噪声对目标识别造成很大的困扰，因此需要进行去噪处理。

常用的去噪方法包括中值滤波、小波去噪等。

2.2 图像增强图像增强的目标是提高图像的对比度和清晰度，使得目标在图像中更加鲜明。

在SAR图像中，由于环境等因素的限制，图像质量较差。

常用的图像增强方法包括直方图均衡化、自适应直方图均衡化等。

2.3 几何校正由于SAR图像在获取过程中会有不同的几何失配问题，如斜视几何失配、散焦几何失配等。

为了进行精确的目标识别，需要对图像进行几何校正。

几何校正方法包括校正变换、几何失配校正等。

3. 合成孔径雷达图像特征提取特征提取是目标识别的关键步骤之一。

通过提取图像的特征信息，可以判断目标的类别以及与其他目标的差异。

常用的特征提取方法包括空间域特征、频率域特征和小波域特征等。

3.1 空间域特征空间域特征是通过对图像的像素进行分析提取的，包括灰度特征、形状特征等。

合成孔径雷达

欧空局(ESA)
欧空局分别于1991年7月和1995年4月,发射了欧洲遥感卫星(European Remote Sensing Satellite, ERS) 系列民用雷达成像卫星:ERS-1和ERS-2,主要用于对陆地、海洋、冰川、海岸线等成像。卫星采用法国Spot-I和 Spot-Ⅱ卫星使用的MK-1平台,装载了C波段SAR,天线波束指向固定,并采用VV极化方式,可以获得30 m空间分辨率和100 km观测带宽的高质量图像。Envisat是ERS计划的后续,由欧空局于2002年3月送入太空的又一颗先进的近极地太阳同步轨道雷达成像卫星。Envisat上所搭载的ASAR是基于ERS-1/2主动微波仪(AMI)建造的,继承了ERS-1 /2 AMI中的成像模式和波束模式,增强了在工作模式上的功能,具有多种极化、可变入射角、大幅宽等新的特性, 它将继续开展对地观测和地球(ESA)
意大利德国
俄罗斯加拿大航天局(CAS)
日本以色列
美国宇航局(NASA)
在Seasat-A取得巨大成功的基础上,利用航天飞机分别于1981年11月、1984年10月和1994年4月将Sir-A、 Sir-B和Sir-C/X-SAR3部成像雷达送入太空。Sir-A是一部HH极化L波段SAR,天线波束指向固定,以光学记录方式成像,对1000 ×104 km2的地球表面进行了测绘,获得了大量信息,其中最著名的是发现了撒哈拉沙漠中的地下古河道,显示了SAR具有穿透地表的能力,引起了国际学术界的巨大震动。产生这种现象的原因,一方面取决于被观测地表的物质常数(导电率和介电常数)和表面粗糙度,另一方面,波长越长其穿透能力越强。Sir-B是Sir-A的改进型, 仍采用HH极化L波段的工作方式,但其天线波束指向可以机械改变,提高了对重点地区的观测实效性。Sir-C/X-SAR 是在Sir-A, Sir-B基础上发展起来的,并引入很多新技术,是当时最先进的航天雷达系统:具有L、C和X3个波段, 采用4种极化(HH, HV, VH和VV),其下视角和测绘带都可在大范围内改变。

【计算机应用】_合成孔径雷达图像_期刊发文热词逐年推荐_20140725

推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
科研热词合成孔径雷达非下采样contourlet变换合成孔径雷达图像高度高分辨率非子采样contourlet变换边缘检测粒子群优化目标提取灰色关联分析模糊熵机动目标广义交叉验证小波阈值去噪多波段合成孔径雷达图像多尺度积图像去噪图像分割合成孔径雷迭区域生长切片图像仿真入射角信息光学信噪比伪彩色融合亮度-色度-饱和度变换 4f系统
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2014年科研热词推荐指数非下采样小波(udwt) 1 矩阵转置 1 矩阵分块 1 滑动窗口 1 拉普拉斯(laplace)分布 1 局部性优化 1 多时相合成孔径雷达(sar)图像 1 变化检测 1 snake 模型 1 sar成像并行仿真 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
2011年科研热词合成孔径雷达 hough变换高速公路检测高分辨率非线性权重边缘特征提取自聚焦自动目标识别纹理特征提取目标特征独立分量分析灰度共生矩阵海陆分割活动轮廓模型水平集最小二乘方位角联合估计方位角估计支持向量机提取目标主轴小波多级中值滤波多普勒调频率图像处理合成孔径雷达影像合成孔径雷达图像分类合成孔径雷达图像双参数估计判别熵主成分分析主导边界 radon变换推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

《合成孔径雷达》课件

总结词：气象观测中的重要手段
总结词：地质勘查中的重要工具详细描述：合成孔径雷达（SAR）在地质勘查中发挥着重要作用，能够观测地表和地下地质结构，提供高分辨率的地质数据，帮助地质学家更好地了解地质构造和资源分布。案例分析：合成孔径雷达在地质勘查中的应用案例包括矿产资源勘查、地震灾害评估、土地利用调查等。例如，在中国西部地区，科学家使用合成孔径雷达对矿产资源进行勘查，发现了大量的煤炭和石油资源。结论：合成孔径雷达在地质勘查中的应用具有重要意义，能够提高地质学家对地质构造和资源分布的了解和勘查准确性。
起源
随着技术的不断进步，合成孔径雷达在分辨率、速度、体积和重量等方面不断优化，应用领域也不断拓展。
发展历程
未来，合成孔径雷达将继续朝着更高分辨率、更小体积、更低成本的方向发展，同时与其他技术如人工智能、物联网等结合，拓展更多的应用场景。
未来展望
02
合成孔径雷达的应用
合成孔径雷达能够穿透云层和伪装，提供高分辨率的战场侦察图像，帮助指挥官了解敌情。
பைடு நூலகம்
气象研究
合成孔径雷达可以用于观测地球表面的地形、地貌、植被等信息，为地球科学研究提供数据支持。
地球观测
通过合成孔径雷达的高清图像，可以发现和识别古代遗址和文物，为考古研究提供新的手段。
遥感考古
03
合成孔径雷达系统组成
03
发射机的性能指标包括输出功率、效率、波形质量等，直接影响着合成孔径雷达的作用距离和分辨率。
THANKS
感谢观看
信号处理包括脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等技术，以提高雷达的分辨率、检测能力和抗干扰能力。
信号处理的性能指标包括处理精度、实时性、稳定性等，直接影响着合成孔径雷达的整体性能。

第十二章合成孔径雷达

w' c
1
w
2w ' 2w ' 2w Ω= f0 = = cosψ c λ λ
26
多普勒频率的微分：多普勒频率的微分：的微分
δΩ =
2 w sinψ
λ
δψ
若以 δ 分辨率
表示多普勒频率的分辨率，表示多普勒频率的分辨率，δψ 表示方位角的分辨率 λ δψ = δΩ 2 w sinψ
13
日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 ★ 日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 (PALSAR)
ALOS主要参数主要参数
发射时间：发射时间：2006.1.24 太阳同步轨道卫星高度：卫星高度：691 km 轨道平面倾角：轨道平面倾角：98.16° ° 轨道周期：轨道周期：99 min 循环周期：循环周期：46 days SAR：：微波波段：微波波段：L (1.27 GHz) 极化方式：极化方式：多极化
19
某一波某一波源发出的声波频率为 f，波长为 λ；，；声波传播速度 v
1 v f = = T λ
20
多普勒效应三种情况
1. 观察者静止，波源相对于观察者静止，媒质运动
波源以速度v 波源以速度 s接近观察者 v SS ' = vs × T = s 经过时间T（波周期）：
f
波源运动速度v 波源运动速度 s背离观察者波长和频率分别为
12
成像模式提供的七种不同入射角的图像参数成像模式提供的七种不同入射角的图像参数
成像幅宽公里）位置代号（公里） IS1 IS2 IS3 IS4 成像模式 IS5 IS6 IS7 105 105 82 88 64 70 56 与星下点的距离公里）（公里） 187 - 292 242 - 347 337 - 419 412 - 500 490 - 555 550 - 620 615 - 671 入射角范围（度） 15.0 - 22.9 19.2 - 26.7 26.0 - 31.4 31.0 - 36.3 35.8 - 39.4 39.1 - 42.8 42.5 - 45.2

合成孔径雷达遥感原理及应用简介(二)

与聚焦系统比较 ,发现非聚焦系统的分辨率与波
长、斜距相关 ,而聚焦的结果则与波长、斜距无关 ,仅与
天线孔径有关。
典型的星载系统 :l～10m λ, ～10cm , Ro ～103 Km 。采用真实孔径雷达系统 , rar ～5000m ;若采用非聚焦合成孔径雷达系统 ,结果 rapu ～200m ,仍无法满足实用需求 ;采用聚焦的合成孔径雷达系统 ,结果为 5m 。
(2) 多普勒波束锐化的观点
①聚焦的多普勒波束锐化方法
最初的合成孔径雷达是由 Carl Wiley 于五十年代
初为军方研制的 ,成果处于保密状态达十多年 ,直到六
十年代后期才解密。虽然五十年代后期就开始使用
“合成孔径”一词 ,但 Wiley 当时研制的却是叫作多普勒
波束锐化器的装置。
如图 9 所示 ,雷达飞行速度为 u ,高度为 h ,沿 X 轴
飞行 , 距原点 x r , 雷达位置为 ( x r , O , h) , 目标位置为 ( xt , yt , O) 。波束的半功率等值线为椭园 , 即角度分辨
范围实际上是个窄的扇形波束。沿航迹方向 , 波束宽度
为βh ,围绕目标的多普勒频率间隔 Δf D 等于多普勒滤波器带宽 B Df 。
目标的多普勒频率为 f Dt = - 2 u ( X r - Xt) / (λR) ,
越大 ,因而最终聚焦的合成孔径雷达方位分辨率与斜
距无关。
②非聚焦的合成孔径雷达
上面介绍的合成孔径雷达各阵元信号需进行相位
补偿 ,以便严格进行同相相干叠加。这种方案大大改
善了方位分辨率 ,但实现的代价也很大 ,设备和算法复
杂。实践中人们提出一种折衷方法 : 非聚焦的合成孔

高精度合成孔径雷达图像分类算法仿真

ＣｌａｓｓｉｉｃｆａｔｉБайду номын сангаасｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＬＵＬｉｎｇ．ＬＩＵＹｉ —ｂ０
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５０，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｖｙＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ，Ｚｈａ￣ｉａｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇ５２４００３，Ｃｈｉｎａ）
波特征、纹理特征等多特征，由于原始特征数目过多，并且采集特征伴随巨大的随机性，几乎不能建立多目标描述模式。传统的图像分类方法面临多特征、强随机性的特征集合时，因为无固定化的特征约束，导致分类效果不好的问题。为了避免上述缺陷，提出了一种基于最优分类平面的合成孔径雷达图像分类算法。利用局部二值模式纹理分析方法，进行合成孔径雷达图像特征提取，为图像分类提供准确的数据基础。利用最优分类平面方法，实现合成孔径雷达图像的分类。实验结果表
ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒｉｍａｇｅｃｌａｓｓｉｉｃｆａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｌａｓｓｉｉｃｆａｔｉｏｎｐｌａｎｅ．Ｕｓｉｎｇｌｏｃａｌｂｉｎａｒｙｐａｔｔｅｒｎｔｅｘｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒｉｍａｇｅｆｅａｔｕｒｅｗａｓｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｏｒｉｍａｇｅｃｌａｓｓｉｉｃｆａｔｉｏｎｔｏｐｒｏｖｉｄｅ

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地物目标在像平面上的位置取决于目标与雷达天线之间的距离
光学与SAR成像差异，地形起伏引起的位移方向相反 (Copyright, CCRS)
Incident Angle（入射角）
(Nominal) Incident angle (名义入射角)
--angle between the radar illumination and the normal to the ground surface. （雷达入射方向和地面法线的夹角） -- the incident angle increases from the near range to the far range （雷达图像的近距到远距，入射角增大）
第三章 Characteristics of SAR Images（合成孔径雷达图像特征）
SAR Imaging - Slant Range Projection （斜距投影）
Antenna
像平面
e fg
R H
Nadir
Y
E
F G Across track
The location of pixels in the image plane is dependent on the slant ranges between the antenna and the ground objects
i
局部入射角增大时，透视收缩减弱；当到90度
时，透视收缩消失，但
阴影出现
displacement foreshortening
Diagram of Shadow （阴影）
雷达波没有照射到的地方
没有回波，暗色调
i
高目标的背面容易出现阴影
Shadowing
局部入射角增大时，阴影变严重
(Courtesy: CCRS)
ERS-2 image, incidence angles between 24°to 26°
RADARSAT image, incidence angle between 41° and 44°
(Acknowledgement: H. Rott, University of Innsbruck.)
Better discrimination of scene targets 目标识别 Easier (automatic) image registration 影像匹配 Easier (automatic) image segmentation 图像分割 …
Speckle suppression（斑点抑制）
Sketch map of joint contribution（综合贡献示意图）
Fading and speckle（衰退和斑点）
Fading is the variation of amplitude of total radar echo wave （衰退之总雷达回波幅度的变化）
Speckle refers the constructive (相长) and destructive(相消) interference of radar echo waves, appearing in the image as bright or dark （斑点指雷达回波的相长或相消叠加，在影像上表现为明或暗）
Courtesy of CCRS
Courtesy of CCRS
为什么要削弱斑点噪声
The presence of speckle noise must be considered before further analysis
Reduction of speckle noise allow:
Local incident angle（局部入射角）
-- angle between the radar LOS and the line normal to the local slope. （雷达入射方向与局部坡度法线的夹角）locii
Incident angle（入射角）
Local incident angle（局部入射角）
Example of radar shadow effects under large incidence angle (>45°) illumination. (Copyright, CCRS)
Diagram of Layover （叠影）
目标上部的回波比底部的回波先到达接收天线
目标的顶部发生位移，相对与底部倒置
Radiometric Characteristics of SAR Image （辐射特征）
Fading（衰退）
Speckle（斑点）
Fading and speckle（衰退和斑点）
Fading and speckle are the inherent “noise-like” processes in a coherent imaging system （衰退和斑点是相干成像系统固有的噪声过程）
Geometric Characteristics of SAR Imaging （几何特征）
Foreshortening（透视收缩）
Radar shadow（雷达阴影）
Layover（叠影）
Diagram of Foreshortening（透视收缩）
地形特征压缩.
斜坡面与雷达入射方向正交（局部入射角为0）时，透视收缩最严重
Radar total echo wave in a resolution cell is the joint contribution of echo wave from different small scatters within the resolution cell.（分辨单元的雷达回波是分辨单元内小散射体回波的综合贡献）
i
叠影是透视收缩的极端情况
layover
名义入射角小时，叠影更显著
Exercise: 区分几何形变?
Understanding geometric distortions from local incident angle 理解几何形变
强
弱强
弱弱
强
叠影 00
透视收缩 900
阴影
局部入射角