地球同步轨道卫星遥感图像舰船检测与运动监测

发布时间：2017-12-16 08:24

  本文关键词：地球同步轨道卫星遥感图像舰船检测与运动监测

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【摘要】：海洋是人类生存环境的重要组成部分,在我国海上丝绸之路重大战略实施与国民经济发展中占据着极其重要的战略地位。海上舰船监视监测是海洋监测的重要任务之一,对于经济发展、环境保护、海域使用管理、海洋权益维护都具有重要意义。随着海洋开发利用强度的与日俱增,以及海洋权属争端形势的日益严峻,海上舰船检测与动态监测应用对相关监视监控系统的“实时性”、“机动性”提出了更高的要求。卫星遥感技术是海上舰船监视监测的重要手段,在舰船检测、分类、识别与运动特征提取中发挥了重要的作用,然而低轨道卫星在观测范围、实时性、连续性动态观测方面已难以满足相关应用的需求。高分辨率地球同步轨道遥感卫星能够在短时间内对大范围海域进行高频重复监测,近实时地获取海上舰船的动态变化过程,因而较之于低轨道遥感卫星,在海上舰船监视监测方面具有独特优势和巨大的潜力。目前,高分辨率地球同步轨道遥感尚处于发展阶段,在海上舰船监视监测应用方面,尚未深入开展研究。为了尽快实现对海上舰船的全天时、全天候的近实时观测,本文全面分析了地球同步轨道光学卫星与地球同步轨道SAR卫星的对地观测时空特性;深入发掘了二者在海上舰船监视监测中的应用潜力;提出了可靠的海上舰船检测、特征提取算法与动态监测方法;探讨了地球同步轨道SAR卫星海上舰船成像、检测中的关键问题;给出了一些有用的结论和建议。论文的主要研究内容有:(1)根据高分四号卫星的分时成像机制,利用运动舰船的图像位移与AIS数据中的舰船航速,计算多光谱影像各波段图像的成像间隔。(2)根据高分四号多光谱影像上的舰船图像特征,建立基于梯度阈值的海上舰船单波段图像检测算法。利用AIS数据对船位、航速、航向结果进行精度评价。(3)基于单波段梯度阈值法,利用多波段协同检测,建立基于高分四号单景多光谱影像的舰船运动特征提取方法。利用AIS数据对航速、航向结果进行精度评价。(4)基于单景影像运动检测法,利用高分四号卫星的凝视成像模式,建立基于时序多光谱影像的舰船动态监测方法。利用传统时序影像法的检测结果对航速、航向结果进行精度评价。(5)通过轨道模拟与数值计算,考察地球同步轨道SAR卫星的观测特性与舰船检测应用潜力。利用时域仿真法模拟运动舰船的地球同步轨道SAR图像,分析图像特征,利用恒虚警率法,检测舰船目标。(6)建立时变的粗糙海面电磁散射场景,利用时域仿真法模拟时变粗糙海面的地球同步轨道SAR卫星图像,分析图像特征,讨论其对地球同步轨道SAR图像海上舰船检测的影响。论文取得的创新性成果有:(1)首次提出了基于单景高分四号多光谱影像的舰船运动检测方法,实现了海上舰船运动特征的高精度、高效率检测。(2)首次开展了地球同步轨道SAR卫星运动舰船成像仿真,证明了具有长合成孔径、弯曲轨道观测特性的地球同步轨道SAR卫星可以用于地表运动目标检测。(3)研究了时变粗糙海面地球同步轨道SAR模拟图像的图像特征与幅值统计特性,为地球同步轨道海上舰船检测与动态监测SAR系统的设计、相关成像算法与舰船检测算法的研发提供了参考。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP751

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本文编号：1295347