[发明专利]高海况SAR船只检测方法及应用

权利要求书

1.一种高海况SAR船只检测方法，其特征在于，所述高海况SAR船只检测方法包括：

合成孔径雷达成像时在方位向上采用合成孔径技术，在距离向上采用脉冲压缩技术，从而形成二维的高分辨率，单视复数据SAR图像，方位向上不同角度的观测对应于不同的时刻，在方位向上的分解认为是时域分解，而距离向上由于具有较大频率带宽，在距离向上的分解则认为是频域分解，将极化数据在方位向和距离向两个维度上展开，实现极化-时-频三维度下的目标检测；

根据SAR成像时船只和海洋的特性，将SAR在极化-时-频维度上分解为若干的子图，结合极化相干最优思想进行船只检测，构建极化-时-频相干最优参量PTFO，并利用CFAR方法进行高海况下的目标检测；

选用全极化RADARSAT-2影像，利用有AIS匹配的全极化SAR数据，选取船只定量分析PTFO参数的船海对比度增强能力，并确定合适的时频分解个数为3；

利用3景高海况全极化SAR数据进行船只检测测试；

极化-时-频相干最优参量PTFO的求解及参数确定；

对SAR数据进行二维方向上的时频分解后，得到了一系列的子孔径以及子频带图像，子图像间的相干性的表示公式如下：

其中，γ_herm称为厄尔米特内积IHP，s₁和s₂分别表示两个子图像，该参数同时保留目标的强度信息和相位信息；子孔径或时间维度分解建立的是方位向上的IHP，子频带或频率维度建立的是距离向上的IHP；

将单极化的孔径相干技术拓展到多极化SAR，由极化基础理论可知，单站极化测量的矢量表示为：

其中，表示单站极化矢量，S_HH、S_vv、S_HV分别表示HH、VV、HV三个极化通道的图像，T表示矩阵转置；

首先，进行方位向上子孔径图像的处理，对原极化SAR图像在方位向上分解为N个子孔径极化图像，第i个和第j个子孔径图像用下标i和j表示；按照单站极化测量的矢量公式构建两个目标极化散射矢量分别对应于第i个和第j个子图：

通过引入两个归一化复矢量将IHP的标量形式扩展为矢量形式，是两种归一化的散射机制；μ_i，μ_j表示了将两个散射矢量在投影到了归一化矢量上的系数：

仿照子图像间的相干性的表示公式，将方位向的极化厄尔米特内积定义为：

上标azi表示方位向，表示方位向子孔径图像之间的极化厄尔米特内积，两子孔径图像i和j之间的准相干矩阵定义为：

其中，[Ω_ij]类似于相干矩阵，是一个3×3复矩阵，包含了各子孔径图像的极化信息，其同时也包含了两个子孔径图之间的干涉相位信息关系；第i和j个子孔径各自自身的相干矩阵表示如下：

从两子孔径间的准相干矩阵公式和所述第i和j个子孔径各自自身的相干矩阵公式中看出，[Ω_ii]，[Ω_jj]是标准的厄尔米特矩阵，而[Ω_ij]并非标准的厄尔米特矩阵；

各个子孔径图像通过极化干涉技术中的相干最优求稳定散射体；极化相干最优是一个求极大值的问题，在全部极化状态空间中，寻求一种最优的极化状态，在该极化状态组合下，两图像间的干涉相干性最优；从数学上理解为，需求厄尔米特矩阵的最大特征值和特征向量；

从方位向的极化厄尔米特内积公式中看出，依赖于的选择，干涉极化相干最优的目的就是在满足一定条件的前提下，使得的值达到最大；的最大值表示为：

由此可知，对于求解的极值，只需要求出[Ω_ij]·[Ω_ij]^*T和[Ω_ij]^*T·[Ω_ij]的共同最大特征值即可；至此，就完成了一对子孔径极化SAR的相干最优，得到了其最优参量进而得到多个子孔径图像两两之间的相干最优参量；

在方位向分解的基础上，进一步，考虑到距离向理解为目标对不同电磁波频率的响应叠加，认为距离向是频域分解，然后，求解距离向上的子频带图像间的相干最优参量，距离向上的子频带图像间的相干最优求解过程与方位向上的求解过程类似，结果用表示，上标rag表示距离向；

进一步，为了抑制海杂波的影响，得到具有高船海对比度的检测量，在求出两个方向上的不同孔径或频带之间的极化相干最优参量的几何平均数后再相加，构造得到极化相干最优参量检测器其公式如下：

其中，是在极化-时-频中域的相干性最优结果，N表示子孔径图像个数，M表示子频带图像个数，取N＝M；将构建的极化相干最优参量检测器称为PTFO-N，表示方位向和距离向都经过N视分解后取得的相干最优参量，简称为PTFO；从PTFO表达式可见，PTFO最优参量受子图分解的个数N的影响；

得到PTFO后，利用CA-CFAR方法进行船只检测，其中，取值为t＝5。