基于被動(dòng)干涉微波亮溫圖像的海面目標(biāo)探測(cè)算法研究

盧海梁; 王志強(qiáng); 高超; 李一楠; 胡泰洋; 王佳坤; 楊小嬌; 呂容川; 李浩

doi:10.11999/JEIT190256

基于被動(dòng)干涉微波亮溫圖像的海面目標(biāo)探測(cè)算法研究

doi: 10.11999/JEIT190256 cstr: 32379.14.JEIT190256

1.
中國空間技術(shù)研究院西安分院西安 710100
2.
北京跟蹤與通信技術(shù)研究所北京 100094
3.
南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院南京 210094

基金項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金(41706204)，錢學(xué)森青年創(chuàng)新基金(QXSCXJJ2017-504)，中國空間技術(shù)研究院西安分院自主研發(fā)課題(Y17-KJCX-04)

詳細(xì)信息

作者簡(jiǎn)介:
盧海梁：男，1986年生，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楸粍?dòng)微波輻射無源探測(cè)、被動(dòng)微波遙感、射頻干擾檢測(cè)等

王志強(qiáng)：男，1979年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇髿夂Ｑ蟓h(huán)境遙感、海洋復(fù)雜背景下微弱環(huán)境探測(cè)等

高超：男，1980年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇髿夂Ｑ蟓h(huán)境天基遙感探測(cè)等

李一楠：男，1985年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楸粍?dòng)微波遙感、綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等

胡泰洋：男，1983年生，副研究員，研究方向?yàn)槲⒉ê撩撞ㄝ椛錅y(cè)量技術(shù)、大氣遙感等

王佳坤：女，1992年生，工程師，研究方向?yàn)楸粍?dòng)微波遙感、被動(dòng)微波輻射無源探測(cè)等

楊小嬌：女，1988年生，工程師，研究方向?yàn)楸粍?dòng)微波遙感、海洋遙感等

呂容川：女，1983年生，研究員，研究方向?yàn)槿珮O化微波輻射計(jì)、被動(dòng)微波遙感、大氣探測(cè)等

李浩：1980年生，研究員，研究方向?yàn)槿珮O化微波輻射計(jì)、綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等

通訊作者:
胡泰洋　sun1983hu@126.com

中圖分類號(hào): TN959.72; TP79
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出版歷程
- 收稿日期: 2019-04-12
- 修回日期: 2019-06-20
- 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2019-10-30
- 刊出日期: 2020-03-19

Research on the Detection Algorithm for Sea Surface Targets Based on Passive Interferometric Microwave Images

1.
China Academy of Space Technology (Xi’an), Xi’an 710100, China
2.
Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology, Beijing 100094, China
3.
School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China

Funds: The National Natural Science Foundation of China (41706204), The Qian Xuesen Young Innovation Foundation (QXSCXJJ2017-504), The Independent Investigate Project of Xi’an Institute of China Academy of Space Technology (Y17-KJCX-04)

摘要

摘要:
為利用被動(dòng)干涉微波技術(shù)作為我國天基預(yù)警體系的重要補(bǔ)充以實(shí)現(xiàn)對(duì)海面目標(biāo)的有效探測(cè)，該文提出一種基于被動(dòng)干涉微波圖像的海面目標(biāo)探測(cè)算法。首先，建立了海面背景和海面目標(biāo)的被動(dòng)干涉微波圖像數(shù)學(xué)模型；其次，詳細(xì)地介紹了海面目標(biāo)的探測(cè)算法，并仿真驗(yàn)證了算法的可行性；最后，開展了機(jī)載實(shí)驗(yàn)。理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證均表明：該探測(cè)算法是可行性的，能有效地探測(cè)到海面目標(biāo)，且具有較好的探測(cè)性能；海面航行的金屬目標(biāo)在被動(dòng)干涉微波圖像中呈現(xiàn)“一高一低”的特征，可利用該特征提高海面目標(biāo)探測(cè)概率。該探測(cè)算法可為天基被動(dòng)干涉微波技術(shù)探測(cè)海面目標(biāo)提供參考。
- 海面目標(biāo)探測(cè) /
- 微波圖像 /
- 被動(dòng)干涉
Abstract:
To effectively detect sea surface targets by the passive interferometric microwave technology considered as an important complement for the space-based early warning system of China, a detection algorithm is proposed based on the Passive Interferometric Microwave Images (PIMI). First, the mathematical model of PIMI is established for the sea background and sea surface target. Second, the detection algorithm is introduced in detail, and numerical simulations are performed to demonstrate the feasibility of the proposed algorithm. Finally, the air-borne experiments are also carried out. Both theoretical and experimental results demonstrate that the proposed algorithm is feasible, can effectively detect sea surface targets, and show good performance. That also exhibits that the moving metal vessels on the sea surface show a “hot” and “l(fā)ow” characteristic in PIMI, which can be used to improve the detection probability. The proposed detection algorithm can provide a reference for space-based PIMI to detect sea surface targets.
- Sea surface target detection /
- Microwave image /
- Passive interferometric

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圖 1 基于被動(dòng)干涉微波圖像的海面艦船目標(biāo)探測(cè)算法流程圖

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圖 2 目標(biāo)探測(cè)算法仿真圖

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圖 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)物圖

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圖 4 900 m高度下中心單元絕對(duì)定標(biāo)后的一組數(shù)據(jù)

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圖 5 飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎橫滾示意圖

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圖 6 圖4中飛機(jī)平飛時(shí)4個(gè)被動(dòng)干涉微波圖像樣例

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圖 7 圖4中飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)4個(gè)被動(dòng)干涉微波圖像樣例(第1700幀、2900幀、4100幀和5300幀)

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圖 8 目標(biāo)探測(cè)算法樣例

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圖 9 采用提出的目標(biāo)探測(cè)算法獲得3個(gè)目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡圖樣例

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