基于广义特征分解的全极化高分辨距离像目标检测方法_2

文档序号:9325811阅读:来源:国知局
J片区域,对训练杂波的每片区域连续探测R次,其中,对 训练杂波的第j片区域进行第r次探测时获得的散射矩阵S w (r,j)为:
[0053] 其中,上标(C)表示训练杂波,r代表第r次探测,r = I. . . R,j代表第j片区域,

以及分别为已知的全极化雷达的 水平发射水平接收(HH)通道、垂直发射水平接收(HV)通道、水平发射垂直接收(VH)通道 以及垂直发射垂直接收(VV)通道接收的杂波数据;
[0054] 1. 2. 2根据对训练杂波的第j片区域进行第r次探测时获得的散射矩阵S? (r,j), 计算对训练杂波的第j片区域进行第r次探测时的散射向量k? (r,j)为:
[0056] I. 2. 3根据对训练杂波的第j片区域进行第r次探测时的散射向量k? (r,j),计 算训练杂波的第j片区域的相干矩阵Dw (j)为:
[0058] 其中,上标H表示共辄转置;
[0059] 1. 2. 4提取训练杂波的第j片区域的相干矩阵D(e) (j)的上三角元素,组成训练杂 波的第j片区域的相干向量kPC/;):为:
[0061] 其中,下标D表示相干,上标T表示转置;
[0062] 1.3计算训练目标回波的相干向量的协方差矩阵Cw和训练杂波的相干向量的协 方差矩阵C?,具体步骤为:
[0063] 1. 3. 1计算训练目标回波的相干向量的协方差矩阵Cw为:
[0065] 其中,下标D表示相干;
[0066] 1. 3. 2计算训练杂波的相干向量的协方差矩阵Cw为:
[0068] 其中,下标D表示相干;
[0069] 1. 4,根据训练目标回波的相干向量的协方差矩阵Cw和训练杂波的相干向量的协 方差矩阵C?,计算得到投影矩阵P,具体步骤为:
[0070] 1. 4. 1计算训练目标回波的相干向量的协方差矩阵Cw相对于训练杂波的相干向 量的协方差矩阵Cw的6个广义特征值为λ λ2,...,λ6,且λ 2彡...彡λ 6;该 6个广义特征值λ i,λ 2,. . .,λ 6对应的6个特征向量为u u u2,. . .,u6;取6个广义特征值 A1, λ 2,...,λ 6中前p个最大的特征值对应的特征向量为UdU2,...,Up,用施密特正交化 法将特征向量U 1, U2,... ,Up正交化,得到正交化的特征向量U1W,...,U1Z,用正交化 的特征向量U 1',u2',...,up'组成大信杂比空间基矩阵G为:
[0071] G= [U1r U2' · · · up' ];
[0072] I. 4. 2根据大信杂比空间基矩阵G计算得到投影矩阵P为:
[0073] P = G · Gh
[0074] 其中:H代表共辄转置。
[0075] 步骤2,获取全极化雷达的测试全极化高分辨距离像作为测试数据;根据投影矩 阵P对测试数据进行目标检测。
[0076] 步骤2的具体子步骤为:
[0077] 2. 1获取全极化雷达的测试全极化高分辨距离像作为测试数据;将测试数据划分 为L个距离单元,计算测试数据的第1个距离单元的相干矩阵,并提取测试数据的第1个距 离单元的相干向量,具体的步骤为:
[0078] 2. I. 1将测试数据划分为L个距离单元,对测试数据的每个距离单元进行K次探 测,其中,对测试数据的第1个距离单元进行第k次探测时获得的散射矩阵S(1,k)为:
[0080] 其中,1代表测试数据的第1个距离单元,1 = 1,2,... L,k表示第k次探测,k = 1,2,. . .,K ;Sn (1,k)、S12 (1,k)、S21 (1,k)以及S22 (1,k)分别为全极化雷达的水平发射水平 接收(HH)通道、垂直发射水平接收(HV)通道、水平发射垂直接收(VH)通道以及垂直发射 垂直接收(VV)通道接收的数据;
[0081] 2. 1. 2根据对测试数据的第1个距离单元进行第k次探测时获得的的散射矩阵 S (1,k),计算对测试数据的第1个距离单元进行第k次探测时的散射向量k (1,k)为:
[0083] 2. 1. 3根据对测试数据的第1个距离单元进行第k次探测时的散射向量k(l,k), 计算测试数据的第1个距离单元的相干矩阵D(I)为:
[0085] 2. 1. 4提取测试数据的第1个距离单元的相干矩阵D(I)的上三角元素,组成测试 数据的第1个距离单元的相干向量kD (1)为:
[0086] kD(l) = [D11(I) D22(I) D33(I) D12(I) D13(I) D23(I) ]τ
[0087] 其中,下标D表示相干,上标T代表转置;
[0088] 2. 2将测试数据的第1个距离单元的相干向量kD⑴左乘投影矩阵Ρ,得到测试数 据的第1个距离单元的重构相干向量k' D(l)为:
[0089] k'D(l) = PkD(l)
[0090] 2. 3求第1个距离单元的重构相干向量k'D (1)的2-范数I I k'D (I) I 12;
[0091] 2. 4设定检测门限η,如果第1个距离单元的重构相干向量k'D(l)的2-范数 I k'D (I) I 12彡τι,贝IJ将测试数据判定为目标;否贝IJ将测试数据判定为杂波。
[0092] 本发明的效果可以通过以下仿真实验作进一步说明。
[0093] 1)仿真实验一:
[0094] la)仿真实验数据:仿真实验所用的数据为日本某地区的全极化SAR图像。分别 截取日本某地区的全极化SAR图像的两个不同区域作为训练数据和测试数据;图2a为训练 数据,图2b为测试数据;图2a和图2b均为二值图像,黑色为海面,白色为舰船。
[0095] Ib)仿真实验内容及分析:分别用三种方法对测试数据进行检测,三种方法分别 为:单极化非相干积累法、全极化雷达四通道总能量的非相干积累方法(简称全极化非相 干积累法)以及本发明方法;在对测试数据进行检测前,将图4a的训练数据和图4b的测试 数据分别变换为一维距离像;图3a为三种方法对图2b的测试数据在信杂比为OdB下检测 时的接收机操作特性(ROC)对比图;图3b为三种方法对图2b的测试数据在信杂比为-IOdB 到30dB间检测时的曲线下面积(AUC)对比图。
[0096] 从图3a和图3b中可以看出,本发明方法相比于单极化非相干积累法和全极化雷 达四通道总能量的非相干积累方法,接收机操作特性(ROC)和曲线下面积(AUC)都有所提 尚,说明本发明方法能更有效地抑制杂波,并提尚目标的检测概率。
[0097] 2)仿真实验二:
[0098] 2a)仿真实验数据:仿真实验所用的数据为Gotcha Volumetric SAR Data Set VI. 0 ;图4a为训练数据,图4b为测试数据;图4a中,虚线框表示需要提取的道路,实线框表 示需要提取的车;图4b中,虚线框表示需要提取的训练杂波,实线框表示需要提取的训练 目标回波。
[0099] 2b)仿真实验内容及分析:分别用单极化非相干积累法、全极化雷达四通道总能 量的非相干积累方法以及本发明方法对测试数据进行检测;在对测试数据进行检测前,将 图4a的训练数据和图4b的测试数据分别变换为一维距离像;图5a为三种方法对图4b的 测试数据在信杂比为OdB下检测时的接收机操作特性(ROC)对比图;图5b-图5d分别为用 本发明方法、单极化非相干积累法以及全极化雷达四通道总能量的非相干积累方法对图4b 的测试数据进行杂波抑制后的波形图,直线框内的波形表示目标的波形,直线框外的波形 表示杂波的波形。
[0100] 从图5a中可以看出,本发明方法相比于单极化非相干积累法和全极化雷达四通 道总能量的非相干积累方法,能提高目标的检测概率;从图5b_图5d中可以看出,本发明方 法对抑制杂波有很好的效果。
【主权项】
1. 一种基于广义特征分解的全极化高分辨距离像目标检测方法,其
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