[发明专利]利用SAR图像进行潜艇速度和直径估计的方法

说明书

本公开提供一种利用SAR图像进行潜艇速度和直径估计的方法，包括：读取含有潜艇湍流尾迹的SAR图像；获取不同潜艇直径的湍流尾迹半宽度曲线；计算最小二乘误差，其中最小误差对应的为潜艇直径；进行潜艇速度估计。本公开基于实际数据进行反演研究，有利于提升SAR卫星侦察潜艇目标的能力，无需再基于实验室水槽试验和水动力计算，更加贴近工程应用。

技术领域

本公开涉及合成孔径雷达(SAR)海洋遥感探测领域，尤其涉及一种利用SAR图像进行潜艇速度和直径估计的方法。

背景技术

微波对海水的穿透能力仅为厘米量级，微波探潜是对运动中潜艇产生的尾迹进行遥感探测。潜艇通过的区域引起海表面弱反差异常(通常称尾迹)，造成了海面的散射特性和空间结构变化，雷达入射电磁波波长与其尺度的数量级相近时，会产生所谓的布拉格散射，从而可以得到较强的雷达回波信号。潜艇水下运动将在海表面(自由表面)上产生尾迹特征，这个尾迹特征是潜艇航行速度、潜深以及潜艇外形的函数，它的存在将直接或者间接引起三个独立的水动力现象：Bernoulli(伯努利)水丘、表面波和内波以及自由表面附近的流场分布变化。此外潜艇处于潜望状态时，还会产生湍流尾迹。这些水动力学现象，在一定条件下可被合成孔径雷达(Synthetic aperture radar，SAR)探测到，从而可以通过一定的方法反演出水下潜艇的位置、航速、潜深甚至它的几何特征，在反潜战中有重要意义。

潜艇尾迹可以反映在SAR图像中，但从SAR图像中识别尾迹、提取尾迹特征并反演潜艇参数仍面临技术难题。利用SAR图像获取的潜艇尾迹进行潜艇几何和运动参数的反演，因为难度大，国内做的研究工作相对比较少。相关研究中曾利用湍流船宽公式进行了船速和船宽的估计，但只是应用于水面船而不是潜艇。此外，还有相关研究曾提出湍流尾迹的涡结构、潜体(潜艇模型)湍流尾迹的平均速度分布、湍流尾迹的演化过程和几何尺度等，提供了在实验室开展的潜艇尾迹正演结果，但并没有开展反演研究，而且基于实验室数据，不是实际SAR图像数据。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种利用SAR图像进行潜艇速度和直径估计的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种利用SAR图像进行潜艇直径估计的方法，包括步骤：

S1、读取含有潜艇湍流尾迹的SAR图像；

S2、获取不同潜艇直径的湍流尾迹半宽度曲线；

S3、计算最小二乘误差，其中最小误差对应的为潜艇直径。

在本公开的一些实施例中，步骤S2包括：

S21、读取含有潜艇湍流尾迹的SAR图像中潜艇湍流尾迹半宽度包络线；

S22、进行曲线拟合。

在本公开的一些实施例中，步骤S2包括：

根据艇湍流尾迹宽度与艇直径的对应关系，计算不同潜艇直径的湍流尾迹半宽度曲线

B＝K*(x/D)ⁿ*D

其中，B为尾迹横截面直径，D为尾迹初始直径，近似为潜艇直径，x为轴向坐标，坐标原点为尾迹起始点，K，n为实验常数。

在本公开的一些实施例中，步骤S1前，还包括：

S0、对含有潜艇湍流尾迹的SAR图像进行图像滤波，去除背景噪声。

根据本公开的另一个方面，提供了一种利用SAR图像进行潜艇速度和直径估计的方法，包括步骤：

S1｀、读取含有潜艇湍流尾迹的SAR图像；