一种干涉SAR系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法

本发明涉及通信，尤其是涉及一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，可应用于海面目标监视。

背景技术：

1、运动舰船检测作为对海监视活动的信息输入，在海事管理中占据至关重要的作用。根据sar系统的空域自由度将海面扩展目标检测方法分为单通道检测与多通道检测两大类。在小擦地角、低海况观测条件下，sar图像上海面扩展目标的归一化雷达后向散射系数(nrcs)通常比海杂波的高。单通道sar海面扩展目标检测方法主要基于sar图像上海面扩展目标与背景之间的功率差异实现恒虚警检测。但是，在中、高分辨率sar图像上，存在相干斑噪声，海杂波背景的幅度分布出现高值拖尾现象，导致典型的幅度检测方法虚警概率升高、低信噪比目标漏检。ati-sar系统沿航迹安置的两个或两个以上天线通道对观测场景成像，利用通道间的干涉相位差异正比于成像物体的多普勒信息来实现速度测量与动目标检测。

2、gao g,wang x等人在其发表的论文“detection ofmoving ships based on acombination of magnitude and phase in along-track interferometric sar—parti:simp metric and its performance”(ieee transactions on geoscience and remotesensing)中提出一种海杂波干涉幅度与相位结合的检测方法。该方法在复干涉平面上，利用目标的干涉幅度与相位，海杂波的干涉相位的均值，构造了一种海杂波干涉幅度与相位结合的检测方法(sea interferogram’s magnitude and phase metric，simp)。该方法存在的不足之处是，当目标的干涉相位与背景的干涉相位接近时，simp滤波后响应结果趋近0，此时该检测量的值趋近0，会出现动目标检测盲速区。在该区域内，即使动目标的信噪比很高，也将漏检。

3、青岛海洋科学与技术国家实验室发展中心在其申请的专利“经过预处理的海面目标检测方法”(申请号：cn202210690137.9，公开号：cn114879159a)中提出了一种经过预处理的海面目标检测方法。该方法获取待检测水面电磁回波数据；对待检测水面电磁回波数据进行去除基线漂移、滤波处理，从而获取经过预处理的待检测水面电磁回波数据；提取经过预处理的所述待检测水面电磁回波数据的回波特征；将所述回波特征输入至训练后的神经网络检测模型从而判断该待检测水面电磁回波数据是否为海杂波数据。该方法的不足之处是，均值滤波无法克服边缘像素信息的丢失，而且卷积神经网络需要大量的数据集去训练这些卷积核，计算复杂度高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法。首先，联合复干涉域物体散射强度特点、运动信息以及空间结构设计了一种干涉双边滤波处理算法，对复干涉图像进行双边滤波处理，得到包含噪声较少的复多视干涉图；其次，利用复多视干涉图的干涉幅度与干涉相位构造像素点的检测量，进行像素点检测，输出潜在目标像素点；然后，通过自适应聚类得到潜在目标聚类结果；最后，基于面积统计的方式，对潜在目标聚类结果进行二步检测，剔除虚警目标，输出扩展目标检测结果。

2、本发明实现的具体步骤如下：

3、(1)利用沿航迹干涉sar系统获得待检测场景的两幅sar图像进行干涉处理，获得复干涉图像:

4、(1a)对待检测场景的两幅sar图像进行配准，使两幅sar图像的像素点一一对齐；

5、(1b)对配准后的sar图像作干涉处理,获得复干涉图像；

6、(2)利用双边滤波公式，对复干涉图像上每一个像素点进行双边滤波处理，获得复多视干涉图

7、(3)利用复多视干涉图的干涉幅度与干涉相位构造像素点的检测量，根据预设检测门限，输出潜在目标像素点：

8、(3a)计算平均干涉幅度与平均干涉相位；

9、(3b)利用复多视干涉图的干涉幅度与干涉相位构造像素点的检测量；

10、(3c)利用像素点的检测量公式，对每一个像素点的检测量和给定检测门限进行比较，将检测量不小于给定检测门限的像素点作为潜在目标像素点；

11、(4)对潜在目标像素点进行自适应聚类，输出潜在目标聚类结果：

12、(4a)定义n个类，第n类的中心空间位置记作pn，第n类的像素集合记作an，n＝1,2,…,n，初始化n＝1；

13、(4b)an为空集；

14、(4c)取ω中第1个像素点作为参考像素点；

15、(4d)第n类的中心空间位置为参考像素点的空间位置，第n类的干涉相位中心为参考像素点的复多视干涉相位；

16、(4d)按照下式计算ω中每一个像素点与参考像素点的特征距离

17、

18、式中，d(i)为第i个像素点的特征距离，和分别表示第i个像素点和参考像素点的复多视干涉相位，xi和pn分别表示第i个像素点和参考像素点的空间位置，β为加权系数；

19、(4e)将ω中每一个像素点与参考像素点的特征距离和预设阈值η作比较，小于预设阈值η的像素点并入集合an，并剔除ω中an所包含的像素点；

20、(4f)计算集合an内所有像素点的平均空间位置和平均复多视干涉相位，分别记作和

21、(4g)若与第n类的中心空间位置相同，而且，与第n类的干涉相位中心相同，则完成第n类聚类处理，令n+1，重复4b到4g，直到ω是空集；否则，分别将参考像素点的空间位置和复多视干涉相位重置为和重复4d到4g；

22、(4h)将像素集合an作为第n个潜在目标聚类结果输出，其中，n＝1,2,…,n。

23、(5)对潜在目标聚类结果进行面积统计，根据预设检测门限，输出扩展目标检测结果:

24、(5a)对潜在目标聚类结果分别进行面积统计；

25、(5b)判断每一个潜在目标聚类结果的面积是否在预设区间中，是则作为海面扩展目标；

26、(5c)并输出海面扩展目标检测结果。

27、本发明与现有技术相比具有以下优点：

28、(1)由于本发明联合复干涉域物体散射强度特点、运动信息以及空间结构设计了一种干涉双边滤波处理算法，能够平滑干涉域噪声，并保持物体的空间结构，有助于提升海杂波背景与真实舰船目标的干涉特征分布差异程度，为后续运动舰船目标检测提供更加准确的干涉特征信息。

29、(2)由于本发明在像素级目标检测之后，通过聚类得到扩展目标并进行扩展目标检测，利用扩展目标检测进一步剔除了在海面潜在目标检测中由于海面复杂水波产生的虚警，使得本发明能够提高合成孔径雷达对海面扩展目标检测的准确率。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。

技术特征：

1.一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其特征在于，所述步骤s1利用沿航迹干涉sar系统获得待检测场景的两幅sar图像进行干涉处理，获得复干涉图像，具体步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其特征在于，所述步骤s2中对复干涉图像进行双边滤波处理，得到包含噪声较少的复多视干涉图，具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其特征在于，所述步骤s3中利用复多视干涉图的干涉幅度与干涉相位构造像素点的检测量，根据预设检测门限，输出潜在目标像素点，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其特征在于，所述步骤s4中联合干涉相位与空间距离二维特征对潜在目标像素点进行自适应聚类，输出潜在目标聚类结果的具体步骤如下：

6.根据权利要求1所述的一种干涉sar系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其特征在于，所述步骤s5中对潜在目标聚类结果进行面积统计，根据预设检测门限，输出扩展目标检测结果的具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种干涉SAR系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，其实现步骤是：利用沿航迹干涉SAR系统获得待检测场景的两幅SAR图像进行干涉处理；对复干涉图像进行双边滤波处理；利用复多视干涉图的干涉幅度与干涉相位构造像素点的检测量，根据预设检测门限，输出潜在目标像素点；联合干涉相位与空间距离二维特征对潜在目标像素点进行自适应聚类，输出潜在目标聚类结果；对潜在目标聚类结果进行面积统计，根据预设检测门限，输出扩展目标检测结果。本发明所提出的一种干涉SAR系统双边滤波器设计与海面扩展目标检测方法，提高了干涉幅度与干涉相位测量准确度、海面目标与背景的对比度，可输出可靠的扩展目标检测结果。

技术研发人员：田敏,赵登帅,归嘉乐,杨志伟,廖桂生,罗丰
受保护的技术使用者：西安电子科技大学杭州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15