天宫二号三维成像微波高度计图像船只尾迹检测
发布时间：2021-03-28 01:03
探索海洋,发展海洋经济离不开船只,而对船只的有效监测具有重要的现实意义。在民用上,可以监测水运交通,进行遇难船只的救助,对非法船只,如非法捕鱼、走私及倾倒油污船只进行监管;在军事上,可以及时检测入侵船只,对获取海上战争主动权有着重要的作用。合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）可以全天时全天候地工作,而且SAR图像具有空间分辨率高的优点,因此SAR广泛应用于海面船只的探测与检测,是海面目标检测的重要手段之一。通过间接地对船只尾迹进行检测以达到船只检测的目的,相对于直接对船只进行检测有诸多优点:尾迹尺寸大更易检测（可以降低对雷达图像的分辨率要求）。此外不仅可根据尾迹得到船只位置,同时还可依据尾迹形态反演船只航向航速等信息。本文所采用的雷达图像数据来自天宫二号三维成像微波高度计,其与传统SAR相比不同之处在入射角小（但相对范围,即（最大入射角-最小入射角）/最小入射角,较大）,为1°至8°,不同的入射角造成了成像效果与特点的不同。论文主要开展了如下工作:1、根据船兴波阻力理论建立了开尔文尾迹的几何模型,可用于仿真不同尺寸的船只沿任一方向以任一速度行驶时产生...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
湍流尾迹及开尔文尾迹示意图
天宫二号三维成像微波高度计图像船只尾迹检测4LordKelvin于1887年首次观测并解释了开尔文尾迹，其由尖波，发散波和横波组成，传统理论认为两臂张角为39°，如图1.1所示。Hennings等人研究了船只尾迹模式[21]，根据他的理论，船只产生两对开尔文臂，一对是船首产生，一对是船尾产生，且船首产生的开尔文臂的幅度总是高于船尾的开尔文臂幅度。开尔文尾迹的位置如图1.1所示，它位于船只后侧，一对臂相交于船只处，两臂分别向两侧伸展。在传统SAR系统的图像中，开尔文尾迹的一对臂常常只能看到一个，这是归一化雷达截面不同造成的。当尖波传播方向（近似于相应尾迹臂所在直线的方向）平行于雷达距离向时最亮，尖波传播方向垂直于距离向时，则为暗线或者观察不到。所以，船只航向不同会导致尾迹在SAR图像中明暗不同，可能存在两臂均为暗纹，两臂均为亮纹，一臂亮纹一臂暗纹等几种情况[21]。Hennings等人指出，海面风速低、SAR入射角孝SAR极化方式为HH极化时更容易检测出开尔文尾迹。相比湍流尾迹来说，开尔文尾迹维持的时间更短，因此尺寸也更校由相机拍摄到的开尔文尾迹如图1.2所示[20]。图1.2湍流尾迹及开尔文尾迹光学图窄V尾迹是由海面厘米级短波和电磁脉冲之间的共振布拉格散射产生的。海面厘米级短波是由船只运动产生的，并沿各个方向传播。直接观察窄V尾迹，人眼只能看到一些很小的波，而不能看到窄V型的尾迹特征，只有在雷达图像中才能看到V型尾迹，这是由于窄V尾迹在SAR图像中的形成需要有电磁波和
第1章引言5海面波的共振布拉格散射。窄V尾迹半张角为2-3°，张角的大小取决于布拉格波的群速度和船只速度的比值[22]。窄V尾迹需要风速低于2-3米每秒，海面很平静时才可能有，因此不常见。距海面不同高度处密度及温度会不同，分别称为密度跃层和温度跃层。在船只行进过程中，原有的密度跃层和温度跃层会被扰乱，从而产生内波尾迹。内波尾迹也是V型的，但是带有明暗交替的波纹，如图1.3所示，为内波尾迹的几何示意图。图1.3内波尾迹几何示意图内波尾迹的半张角=sin1()cv，其中c为内波尾迹最外层尾迹的相速度，v为船速[6]，由于内波尾迹移动缓慢，相速度在0.1m/s至1.0m/s之间，所以船速越大，尾迹夹角越小，所以半张角的变化范围较大。不同于其他尾迹，内波尾迹只在浅水区被观测到过，只有海水层结性较强且船只吃水深的时候才能被观测到。利用SAR图像进行海上船只检测的方法从检测对象的角度可以分为两类，一类是直接对船只目标进行检测；另一类是间接检测船只尾迹，然后通过船只尾迹信息获取船只信息。船只表面主要由金属组成，船体上层很多结构会构成角反射器，因此会在SAR图像中形成一块很亮的目标。然而，在SAR分辨率低、船只反射较弱以及高海况的情况下，SAR图像中船只目标难以形成亮目标。同时，
【参考文献】：
期刊论文
[1]天宫二号三维成像微波高度计对海洋的首次定量遥感[J]. 杨劲松,任林,郑罡. 海洋学报. 2017(02)
[2]星载双天线干涉SAR系统总体技术研究[J]. 王涛,于海锋,刘杰,张庆君. 航天器工程. 2016(06)
[3]三维成像雷达高度计机载原理样机及机载试验[J]. 张云华,姜景山,张祥坤,闫敬业,蒋长宏,许可,雷利卿. 电子学报. 2004(06)
[4]SAR图像舰船及其尾迹检测研究综述[J]. 种劲松,朱敏慧. 电子学报. 2003(09)
[5]一种SAR图象舰船尾迹的CFAR检测方法[J]. 汤子跃,朱敏慧,王卫延. 电子学报. 2002(09)
[6]SAR图像船行尾迹检测的Radon变换和形态学图像处理技术[J]. 王世庆,金亚秋. 遥感学报. 2001(04)
[7]星载三维成像雷达高度计研究[J]. 张云华,许可,李茂堂,李靖,刘和光,王新中. 遥感技术与应用. 1999(01)
博士论文
[1]运动舰船尾迹SAR成像的电磁散射机理和模型研究[D]. 王佳坤.西安电子科技大学 2017
[2]合成孔径雷达图像舰船目标检测算法与应用研究[D]. 种劲松.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2002
硕士论文
[1]干涉成像高度计基线倾角反演方法研究[D]. 孙馨怡.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]基于深度学习的SAR图像目标识别[D]. 李文辉.电子科技大学 2018
[3]一种基于小波变换的SAR图像舰船尾迹检测算法[D]. 邬烨文.上海交通大学 2009
[4]海洋遥感图像舰船目标及尾迹检测研究[D]. 李红康.电子科技大学 2008
本文编号：3104580
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
湍流尾迹及开尔文尾迹示意图
天宫二号三维成像微波高度计图像船只尾迹检测4LordKelvin于1887年首次观测并解释了开尔文尾迹，其由尖波，发散波和横波组成，传统理论认为两臂张角为39°，如图1.1所示。Hennings等人研究了船只尾迹模式[21]，根据他的理论，船只产生两对开尔文臂，一对是船首产生，一对是船尾产生，且船首产生的开尔文臂的幅度总是高于船尾的开尔文臂幅度。开尔文尾迹的位置如图1.1所示，它位于船只后侧，一对臂相交于船只处，两臂分别向两侧伸展。在传统SAR系统的图像中，开尔文尾迹的一对臂常常只能看到一个，这是归一化雷达截面不同造成的。当尖波传播方向（近似于相应尾迹臂所在直线的方向）平行于雷达距离向时最亮，尖波传播方向垂直于距离向时，则为暗线或者观察不到。所以，船只航向不同会导致尾迹在SAR图像中明暗不同，可能存在两臂均为暗纹，两臂均为亮纹，一臂亮纹一臂暗纹等几种情况[21]。Hennings等人指出，海面风速低、SAR入射角孝SAR极化方式为HH极化时更容易检测出开尔文尾迹。相比湍流尾迹来说，开尔文尾迹维持的时间更短，因此尺寸也更校由相机拍摄到的开尔文尾迹如图1.2所示[20]。图1.2湍流尾迹及开尔文尾迹光学图窄V尾迹是由海面厘米级短波和电磁脉冲之间的共振布拉格散射产生的。海面厘米级短波是由船只运动产生的，并沿各个方向传播。直接观察窄V尾迹，人眼只能看到一些很小的波，而不能看到窄V型的尾迹特征，只有在雷达图像中才能看到V型尾迹，这是由于窄V尾迹在SAR图像中的形成需要有电磁波和
第1章引言5海面波的共振布拉格散射。窄V尾迹半张角为2-3°，张角的大小取决于布拉格波的群速度和船只速度的比值[22]。窄V尾迹需要风速低于2-3米每秒，海面很平静时才可能有，因此不常见。距海面不同高度处密度及温度会不同，分别称为密度跃层和温度跃层。在船只行进过程中，原有的密度跃层和温度跃层会被扰乱，从而产生内波尾迹。内波尾迹也是V型的，但是带有明暗交替的波纹，如图1.3所示，为内波尾迹的几何示意图。图1.3内波尾迹几何示意图内波尾迹的半张角=sin1()cv，其中c为内波尾迹最外层尾迹的相速度，v为船速[6]，由于内波尾迹移动缓慢，相速度在0.1m/s至1.0m/s之间，所以船速越大，尾迹夹角越小，所以半张角的变化范围较大。不同于其他尾迹，内波尾迹只在浅水区被观测到过，只有海水层结性较强且船只吃水深的时候才能被观测到。利用SAR图像进行海上船只检测的方法从检测对象的角度可以分为两类，一类是直接对船只目标进行检测；另一类是间接检测船只尾迹，然后通过船只尾迹信息获取船只信息。船只表面主要由金属组成，船体上层很多结构会构成角反射器，因此会在SAR图像中形成一块很亮的目标。然而，在SAR分辨率低、船只反射较弱以及高海况的情况下，SAR图像中船只目标难以形成亮目标。同时，
【参考文献】：
期刊论文
[1]天宫二号三维成像微波高度计对海洋的首次定量遥感[J]. 杨劲松,任林,郑罡. 海洋学报. 2017(02)
[2]星载双天线干涉SAR系统总体技术研究[J]. 王涛,于海锋,刘杰,张庆君. 航天器工程. 2016(06)
[3]三维成像雷达高度计机载原理样机及机载试验[J]. 张云华,姜景山,张祥坤,闫敬业,蒋长宏,许可,雷利卿. 电子学报. 2004(06)
[4]SAR图像舰船及其尾迹检测研究综述[J]. 种劲松,朱敏慧. 电子学报. 2003(09)
[5]一种SAR图象舰船尾迹的CFAR检测方法[J]. 汤子跃,朱敏慧,王卫延. 电子学报. 2002(09)
[6]SAR图像船行尾迹检测的Radon变换和形态学图像处理技术[J]. 王世庆,金亚秋. 遥感学报. 2001(04)
[7]星载三维成像雷达高度计研究[J]. 张云华,许可,李茂堂,李靖,刘和光,王新中. 遥感技术与应用. 1999(01)
博士论文
[1]运动舰船尾迹SAR成像的电磁散射机理和模型研究[D]. 王佳坤.西安电子科技大学 2017
[2]合成孔径雷达图像舰船目标检测算法与应用研究[D]. 种劲松.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2002
硕士论文
[1]干涉成像高度计基线倾角反演方法研究[D]. 孙馨怡.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]基于深度学习的SAR图像目标识别[D]. 李文辉.电子科技大学 2018
[3]一种基于小波变换的SAR图像舰船尾迹检测算法[D]. 邬烨文.上海交通大学 2009
[4]海洋遥感图像舰船目标及尾迹检测研究[D]. 李红康.电子科技大学 2008
本文编号：3104580
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