CN110261855A - 一种sar图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法，在不同时刻通过雷达对同一块场景区域进行SAR图像获取，得到n幅不同时间维度的SAR图像，对得到的n幅不同时间维度的SAR图像沿时间维度进行傅里叶变换，获得n幅空间频域的SAR图像，这n幅空间频域的SAR图像中的静止目标以及其距离和方位模糊能量均被积累在空间频域的零频位置，将空间频域中的零频位置去掉，对剩下的SAR图像沿空间频域轴进行非相干叠加，即可获得去除静止地物杂波及其方位模糊后的纯海洋SAR图像。本发明通过多时相SAR图像完成静止地物杂波滤除，可以在抑制方位模糊的同时不损失方位向分辨率，在不损失海洋运动目标信息的同时完全去除了静止地物杂波及其方位模糊能量，防止产生漏警现象。

Description

一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达信号处理领域，尤其涉及一种基于多时相SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法。
背景技术
合成孔径雷达技术具有全天时全天候的特点，并且是现如今被广泛应用的地面观测遥感技术。方位模糊现象是合成孔径成像雷达面临的一大难题，它是SAR系统固有的一种缺陷。
目前，国内外出现了大量的研究方法来从SAR数据中去除方位模糊。传统的方法是通过使用方位向滤波器来抑制旁瓣能量，从而实现方位模糊抑制，可查到的相关专利有“一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法”(申请号：CN201711449591.0)、“一种基于改进理想滤波器的SAR方位模糊抑制方法”(申请号：CN201310098966.9)，但是这种方法在去除旁瓣的同时也损失了被模糊能量覆盖的信息，从而降低了方位向分辨率。为了实现抑制方位模糊的同时不损失方位向分辨率，陈杰等人提出使用压缩感知的知识实现对频谱的重构，既实现了方位模糊的抑制，又保留了方位向分辨率。可查到的相关专利有“一种星载合成孔径雷达条带模式方位模糊抑制方法”(申请号：CN201310428893.5)，但是此方法在进行方位向滤波时也损失了已有的一些信息。随着SAR的重过航概念的提出，冷祥光等人提出了基于多时相SAR图像的近海岸方位模糊去除方法，可查到的相关专利有“一种基于双时相SAR图像的近岸海域方位模糊去除方法”(申请号：CN201810033162.3)，此方法根据地物杂波及其方位模糊与运动海面的自相关性差异，通过两幅SAR图像的陆基源目标的强相关性找出了模糊区域，然后通过二值化方法将模糊位置去除，并且通过图像修补算法恢复模糊区域，虽然这种方法能在某种程度上去除由近海岸地物杂波引起的方位模糊现象，但是当模糊区域覆盖了海面上的有用信息时，此方法同时也将此有用信息去除，这无疑对近海岸检测时产生了漏警现象。此外，相关公开文献包括《一种基于压缩感知恢复算法的SAR图像方位模糊抑制方法》，该文提出一种基于压缩感知恢复算法的方位模糊抑制方法，通过截断图像的多普勒频谱实现模糊抑制，而后将原始图像作为先验信息，将截断谱作为观测结果，利用压缩感知恢复算法，迭代求解出高分辨率的图像。《一种改进的理想滤波器方位模糊抑制方法》、《一种改进的SAR图像方位模糊抑制方法》均是通过使用方位向滤波器来抑制旁瓣能量，从而实现方位模糊抑制。
发明内容
本发明提供一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法，通过多时相SAR图像完成静止地物杂波滤除，可以在抑制方位模糊的同时不损失方位向分辨率，在不损失海洋运动目标信息的同时完全去除了静止地物杂波及其方位模糊能量，防止产生漏警现象。
为了达到上述目的，本发明提供一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、在不同时刻通过雷达对同一块场景区域进行SAR图像获取，得到n幅不同时间维度的SAR图像；
步骤S2、对得到的n幅不同时间维度的SAR图像沿时间维度进行傅里叶变换，获得n幅空间频域的SAR图像；
步骤S3、根据偏移量Δx与速度的关系公式对每一个空间频域中的目标进行方位向能量位置偏移的校正；
Δx＝vdR/va；
其中，vd表示距离向目标运动速度，R是雷达到目标的斜距，va是雷达平台运动速度；
这n幅空间频域的SAR图像中的静止目标以及其距离模糊能量和方位模糊能量均通过傅里叶变换被积累在空间频域的零频位置；
步骤S4、将空间频域中的零频位置去掉，对剩下的SAR图像沿空间频域轴进行非相干叠加，即可获得去除静止地物杂波及其方位模糊后的纯海洋SAR图像。
本发明通过多时相SAR图像完成静止地物杂波滤除，可以在抑制方位模糊的同时不损失方位向分辨率，在不损失海洋运动目标信息的同时完全去除了静止地物杂波及其方位模糊能量，防止产生漏警现象。
附图说明
图1是本发明提供的一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法的流程图。
图2是仿真SAR图像等值线图。
图3是仿真SAR图像剖面图。
图4是经过本发明处理后的SAR图像等值线图。
图5是经过本发明处理后的SAR图像剖面图。
具体实施方式
以下根据图1～图5，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、在T1时刻，T2时刻，…，Tn时刻分别通过雷达对同一块场景区域进行SAR图像获取，得到n幅不同时间维度的SAR图像，对于静止的陆地目标而言，其特性不随着时间的变化为变化，由于海洋本身具有动态变化的特性，因此不同时刻获得的SAR图像之间的海洋区域位置是不同的；
步骤S2、对得到的n幅不同时间维度的SAR图像沿时间维度进行傅里叶变换，获得n幅空间频域的SAR图像；
空间频域的这n幅SAR图像中，每一幅频率对应着不同的距离向目标运动速度，距离向目标运动速度会引起方位向能量位置偏移，偏移量与速度的关系表示如下：
Δx＝vdR/va
其中，vd表示距离向目标运动速度，R是雷达到目标的斜距，va是雷达平台运动速度；
上述公式是针对一幅SAR图像中的一个目标，根据速度SAR的工作原理可知，时间维度进行FFT后，不同运动速度的目标出现在不同的平面上，根据不同速度平面的速度值分别对相应平面内的目标进行偏移量计算。
步骤S3、根据偏移量与速度关系公式对每一个空间频域中的目标进行方位向能量位置偏移的校正；
一般通过频域信号进行偏移校正，根据25行的偏移量，在频域乘以相位因子即可实现时域信号的目标位置校正；
根据空间频域与距离向目标运动速度vd的线性变化关系(运动目标的运动速度经过FFT变换后不同运动速度对应着不同的空间频率)，这n幅空间频域的SAR图像中的静止目标以及其距离模糊能量和方位模糊能量均通过傅里叶变换FFT被积累在空间频域的零频位置；
步骤S4、将空间频域中的零频位置去掉，对剩下的SAR图像沿空间频域轴进行非相干叠加，即可获得去除静止地物杂波及其方位模糊后的纯海洋SAR图像。
表1仿真参数
雷达参数 参数值
波长 0.2308m
飞行速度 100m/s
飞行高度 1000m
信号带宽 25MHz
PRF 120Hz
目标运动速度 0m/s和2m/s
图2和图3为SAR图像仿真结果，根据表1中所列的参数仿真了两个点目标，速度分别为0m/s和2m/s。其中，0m/s的目标代表静止的陆地目标，2m/s的目标代表海洋中动态变化的目标。图2是仿真SAR图像等值线图，图3是仿真SAR图像剖面图。由于本发明主要验证强散射陆地目标在低散射区域的模糊抑制问题，因此仿真出的静止陆地目标存在方位模糊，严重影响SAR图像成像质量，而海洋运动目标无方位模糊。
图4是经过本发明处理后的SAR图像等值线图，图5是经过本发明处理后的SAR图像剖面图。从图中可以明显看出，经过本发明提供的抑制方法对仿真结果进行处理后，明显看出静止目标及其方位模糊信号均得到了良好的抑制。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
传统多时相SAR图像方位模糊抑制方法在进行近海岸模糊目标抑制的同时也损失了模糊目标位置的真实海洋信息，本方法可以得到去除静止地物杂波及其方位模糊后的纯海洋SAR图像，防止产生漏警现象。
与其他直接通过滤波器来抑制方位模糊的方法相比，本发明通过多时相SAR图像完成静止地物杂波滤除，可以在抑制方位模糊的同时不损失方位向分辨率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种SAR图像的近海岸地物杂波及其方位模糊抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、在不同时刻通过雷达对同一块场景区域进行SAR图像获取，得到n幅不同时间维度的SAR图像；
步骤S2、对得到的n幅不同时间维度的SAR图像沿时间维度进行傅里叶变换，获得n幅空间频域的SAR图像；
步骤S3、根据偏移量与速度的关系公式对每一个空间频域中的目标进行方位向能量位置偏移的校正；
Δx＝vdR/va；
其中，Δx表示偏移量，vd表示距离向目标运动速度，R是雷达到目标的斜距，va是雷达平台运动速度；
n幅空间频域的SAR图像中的静止目标以及其距离模糊能量和方位模糊能量均通过傅里叶变换被积累在空间频域的零频位置；
步骤S4、将空间频域中的零频位置去掉，对剩下的SAR图像沿空间频域轴进行非相干叠加，获得去除静止地物杂波及其方位模糊后的纯海洋SAR图像。
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