[发明专利]基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及POLSAR图像领域，特别涉及一种基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法。

背景技术

海洋这一蓝色国土，拥有丰富的各类资源，在国民经济发展、环境气候变化以及军事国防中有着极其重要的战略意义。

近年来，有关海洋问题频发不断，预防和解决这些问题就迫切需求对海洋进行监测。海上人造金属目标(包括舰船、钻井平台等，以下简称海上目标)与人类生活生产有着紧密关联，因而成为海洋监测的重点。

目前，常规的海上目标监测方法包括岸基、舰载探测装置，光学遥感等。岸基、舰载探测装置存在着成本高、周期长及监测范围小等缺陷，在海上目标监测应用中受到了极大的限制。对于光学遥感，由于其受天气条件影响十分严重，而海洋中天气又经常恶劣多变，致使光学遥感很难做到对海上目标进行实时动态的监测。因此，如何实时、精确、高效的对海上目标进行监测对准确决策、高效管理有着重大意义。

极化合成孔径雷达(Polarimetric SAR，简称POLSAR)技术，集成了极化散射机理、后向散射介质信息及对目标物理特性敏感为一体的优点，具有全天时、全天候、观测周期短，范围大，精度高的特点，在海上目标检测领域有着巨大潜力。

目前基于极化SAR图像的海上目标检测方法主要有：1)相干目标分解(Coherent target decomposition,CTD)，其通过引入对称散射特征方法(Symmetric Scattering Characterization Method，简称SSCM)，较好的从相干散射结构框架中提取对称散射成分信息来进行海上目标检测；2)极化交叉熵(Polarimetric cross entropy,PCE)，它是基于海杂波和海上目标所呈现出不同的极化熵值来进行海上目标检测的；3)反射对称性(XC)，其基于海杂波和海上目标所呈现出不同的反射对称性来进行目标检测。在极化SAR影像中，反射对称性是通过同极化通道与交叉极化通道间的相关性来呈现出的。经过大量实验验证，基于反射对称性方法(XC)已经被证明是比较简单优越的检测方法，它适用于X、C和L等不同波段的极化数据，增强了目标与海面之间的差异，同时不受地物的散射机理、风向风况及大范围的入射角的影响，并且检测结果明显优于PCE、CTD的检测结果。为此，该方法是目前检测精确度较高的方法，其理论清晰明了，流程简洁高效。但是该方法忽略了受海浪扰动导致的方向角变化对海杂波反射对称性的影响问题，从而一定程度上影响了目标检测效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法。利用海杂波满足反射对称性，而海上目标满足反射非对称性的特点来检测海上目标。同时通过极化方向角补偿解决由于海浪扰动产生的方向角偏移对海杂波反射对称性影响的问题。

一种基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取海上待检测场景全极化影像数据即POLSAR数据；

所述全极化影像数据包括HH、HV、VH和VV四种极化通道数据；

步骤2：对POLSAR数据进行预处理操作；

所述预处理操作包括辐射校正、几何校正及陆地掩膜操作；

采用不同的传感器获取POLSAR数据时，对POLSAR数据的预处理方式会不一样，但是所有的预处理方式均属于本领域普通技术人员熟知的技术；

步骤3：从预处理后的海上待检测场景对应的POLSAR数据中依次提取每个像素对应的S矩阵；

其中，所述S矩阵满足互易对称定律：S_hv＝S_vh，S_hh表示水平方式发射水平方式接收的极化通道数据，S_hv表示水平方式发射垂直方式接收的极化通道数据，S_vh表示垂直方式发射水平方式接收的极化通道数据，S_vv表示垂直方式发射垂直方式接收的极化通道数据；

步骤4：通过Pauli基进行共轭相乘，将S矩阵转换为相干矩阵T：

其中，

其中，上标H表示共轭转置，*表示复共轭，<·>表示邻域平均；

步骤5：采用精致Lee滤波，对相干矩阵T进行滤波处理，得到滤波后的相干矩阵T⁰；

消除斑点噪声对影像的影响；