基于直流分量比测度的海陆杂波场景分割方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种海陆杂波场景分割方法，可用于岸 基雷达条件下的海陆杂波场景分割。
【背景技术】
[0002] 海杂波背景下的目标检测技术是雷达应用技术中一个至关重要的研究方向，在军 事和民用领域已经得到广泛应用。当雷达在对海模式下工作时，扫描场景复杂并且范围较 大，雷达回波中往往包含着各种类型的杂波，包括海杂波、地杂波、岛礁杂波、近海杂波等。 地杂波和岛礁杂波回波强度较强，严重影响着海杂波背景下的目标检测，复杂的杂波场景 和杂波特性构成了海面目标检测的主要障碍。因此，在海面目标检测前，对海陆杂波场景进 行分割是必须的预处理。通过海陆杂波场景分割将雷达回波杂波场景中陆地及岛礁部分给 分离出去，在目标检测的过程中，地杂波和岛礁杂波被排除，减少了地杂波和大型岛礁杂波 对海杂波背景下目标检测的影响。海陆杂波场景分割的质量将直接影响海杂波背景下目标 检测性能的好坏。
[0003] 海陆杂波场景分割是在分析雷达回波数据的基础上对杂波场景进行分割。不同于 传统的图像分割方法，雷达杂波场景的分割包括了转化雷达数据成灰度图像和灰度图像分 割两部分。在海陆混合的复杂杂波场景中，由于海态、水深、盐度、温度等环境因素和雷达波 束入射角、波束宽度等雷达参数对杂波强度的影响，杂波回波功率在很大的动态范围内变 化，仅仅依靠杂波功率测度进行海陆杂波场景分割是不可行的。由于载机运动，回波多普勒 偏移随着方位角变化，依靠多普勒频率测度的海陆杂波场景分割往往是高计算代价的，难 以满足实时海陆杂波场景分割的要求。如果利用人工的方法直接对杂波场景进行描绘分 害J，费时费力，将带来巨大的工作量，无法满足实时的场景分割要求。
[0004] 近年来，很多研究者对海陆分割方法进行着深入的研究，提出了一些基于特定理 论的海陆分割方法。文献"艾国红，万寿红，岳丽华.基于多特征动态融合模型的海陆分割 算法[J].电子技术.2011，3:52-57. "中对图像的特征进行提取和融合得到综合特征图，然 后对综合特征图像进行阈值分割和映射及边缘处理。该方法中提到的综合特征只包括纹理 特征和灰度特征，当图像较为复杂时，即海面灰度值与陆地灰度值相近时，就很难从纹理特 征和灰度特征中区分海面区域和陆地区域。文献"单子力，王超，张红.基于优化活动轮廓 模型的SAR影像海陆分割方法研究[J].计算机应用研究.2011，28(6). "中提出了一种以 活动轮廓模型为基础的海陆自动分割方法，将图像的边缘和区域统计信息融合到能量函数 中，在此基础上进行图像分割，该方法是通过提取图像中的某些特征来进行海陆分割，但当 海面情况较为复杂时，他们所提取出的图像特征都无法很好的区分陆地和海洋，很难得到 较好的分割效果。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种基于直流分量比测度的海陆杂波场景分割方法，以实 现岸基雷达条件下，海陆杂波场景的快速、实时分割，提高分割的质量。
[0006] 为实现上述技术目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0007] (1)利用雷达发射机发射脉冲信号，利用雷达接收机接收经过海面散射形成的回 波数据，该回波数据的每个分辨单元中的回波序列为X:
[0008] X= [x1;x2, . . . ,xi; . . . ,xN],
[0009] 其中Xl表示第i个回波数据，N表示脉冲数；
[0010] (2)利用回波数据中每个分辨单元中的回波序列X计算每个分辨单元中的直流分 量比，得到所有分辨单元的直流分量比矩阵W:
[0011] 2a)计算回波数据中每个分辨单元的回波序列X的直流分量s]k:
[0012]
[0013] 其中卜|2表示模平方，j表示距离维，k表示波位维，Μ表示距离总数，L表示波 位总数；
[0014] 2b)计算回波数据中每个分辨单元的回波序列X的总能量e]k:
[0015]
[0016] 2c)计算每个分辨单元的直流分量s]k和总能量e]k的比值，得到每个分辨单元的 直流分量比wjk:
[0017]
12345678 2d)利用每个分辨单元的直流分量比w]k，得到所有分辨单元的直流分量比矩阵W: 2
3 (3)将直流分量比矩阵W转化为灰度图像Η; 4 (4)对灰度图像Η进行中值滤波，得到中值滤波后的图像HI; 5 (5)利用最大类间方差阈值分割法对中值滤波后的图像HI进行阈值初分割，得到 初分割后的图像B; 6 (6)对初分割后的图像B进行形态学滤波，得到最终的杂波场景分割结果Z。 7 本发明与现有技术相比具有以下优点： 8 1)由于本发明利用直流分量比作为海陆杂波场景分割的测度，充分体现了岸基雷 达条件下海陆杂波的差异性，并且计算速度快，能够满足实际雷达系统的实时处理要求；
[0026] 2)由于本发明利用最大类间方差阈值分割法对灰度图像进行初分割，其获取阈值 的过程是自适应的，不需要人为的设定任何参数，运算速度快，在图像灰度直方图没有明显 的双峰或波谷时，也能得到满意的分割效果；
[0027] 3)由于本发明利用形态学滤波对初分割后的图像进行处理，保证了分割结果中陆 地区域和海洋区域的连通性，提高了海陆杂波场景分割的质量。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的实现流程图；
[0029] 图2为采用本发明和现有测度得到的第一组数据的海陆杂波场景分割对比图；
[0030] 图3为采用本发明和现有测度得到的第二组数据的海陆杂波场景分割对比图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0032] 参照图1，本发明的实现步骤如下：
[0033] 步骤1，利用雷达发射机发射脉冲信号，利用雷达接收机接收经过海面散射形成的 回波数据。
[0034] 回波数据是一个包括脉冲维，距离维和波位维的三维矩阵，每个距离维和波位维 构成一个分辨单元，每个分辨单元中的回波序列为X:
[0035] X[Χι，X2，· · ·，Xi，· · ·，Xn]，
[0036] 其中Xl表示第i个回波数据，N表示脉冲数。
[0037] 步骤2,利用回波数据计算直流分量比矩阵W。
[0038] (2. 1)计算回波数据中每个分辨单元的回波序列X的直流分量s]k:
[0039]
[0040] 其中卜|2表示模平方，j表示距离维，k表示波位维，Μ表示距离总数，L表示波 位总数；
[0041] (2. 2)计算回波数据中每个分辨单元的回波序列X的总能量e]k:
[0042]
[0043] (2. 3)计算式〈1>表示的直流分量s.jk和式〈2>的总能量e.jk的比值，得到每个分 辨单元的直流分量比wjk:
[0044]
[0045] (2. 4)利用式〈3>表示的每个分辨单元的直流分量比w]k，得到所有分辨单元的直 流分量比矩阵W:
[0046]
[0047] 步骤3,将直流分量比矩阵W转化为灰度图像Η。
[0048] 在MATLAB中调用H=mat2gray(W)命令，将直流分量比矩阵W转化为灰度图像Η， 在灰度图像Η中，陆地部分的灰度值大于海洋部分的灰度值。
[0049] 步骤4,对灰度图像Η进行中值滤波，得到中值滤波后的图像Η1。
[0050] 中值滤波的关键是选择合适的窗口形状和大小，其步骤如下：
[0051] (4. 1)将中值滤波的窗口设置为3X3的方形窗口；
[0052] (4. 2)对灰度图像Η中所有3X3的方形窗口内的所有像素灰度值进行排序；
[0053] (4. 3)取排序结果的中间值作为3X3的方形窗口中心点处像素的灰度值，得到中 值滤波后的图像Η1。
[0054] 步骤5,利用最大类间方差阈值分割法对中值滤波