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雷达景象可匹配性及相关问题研究

作　者: 江标初
导　师: 陈映鹰
学　校: 同济大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 实孔径雷达 合成孔径雷达 景象匹配 基准图 实时图 信噪比 图像分割 匹配概率 遗传算法
分类号: P237
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


1909年Wright第一次在意大利西恩多西利从飞机上拍摄空中像片，标志着人类有了新的获取信息的方法——遥感。从此以后，遥感技术得到越来越多的重视和发展。随着新型传感器的成功开发与应用、信息传输与处理技术的发展，美国在一系列试验的基础上，在70年代初发射了用于探测地球资源和环境的卫星“ERTS-1”(即陆地卫星-1)，为航天遥感的发展及广泛应用，开创了一个新局面。目前，遥感技术已经在国民经济的各个部门发挥着重要的作用，如应用遥感技术进行导航定位，地图更新，估计农作物产量、草场和森林载蓄量及变化，勘探黄金、石油、煤炭等资源，监测自然和人为灾害，估计损失和提出对策，监督资源的合理开发等。实孔径雷达(Real Aperture Radar)和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)作为微波遥感器，在飞行器导航、武器投射系统末制导等应用中起着重要的作用。在导航、末制导应用中，雷达传感器被安装在飞行器或武器系统上，以便获取实时图，进行景象匹配。基于景象匹配和惯导的组合导航系统(INS／景象匹配)，具有自主性和良好的导航精度，而且不受电磁波的干扰、不依赖GPS定位的优点，这使得它在我国飞行器导航、武器投射系统末制导等领域的应用中发挥着特殊重要的作用。在INS／景象匹配组合导航系统的导航过程中，飞行器首先将预定飞行轨道下面事先侦察到的一系列地面图像信息(例如SAR图像)存到飞行器的存储器中，然后，当携带相应传感器的飞行器飞行到预定的位置时，便获取实时图(例如RAR图像)，然后将实时图和预存的已知地理信息关系的基准图进行匹配比较，这样就可以确定出飞行器的当前位置或者偏离预定位置的纵向和横向偏差，从而完成导航和制导功能。在导航中的整个景象匹配过程，常常因为各种客观条件引起基准图和实时图的差异较大，导致匹配失败，进而造成导航失败。景象匹配的这种不稳定性导致的导航失败，已经成为了自主研制INS／景象匹配这一重要组合导航系统的瓶颈问题，本论文研究的目的是通过对雷达景象可匹配性和相关问题的研究，指导匹配过程、规避误匹配，提高INS／景象匹配组合导航系统的精确度和可靠性。论文依托航天总公司第二研究院委托的“雷达景象匹配性能评估研究”重点项目来进行，全面、系统地研究了雷达景象可匹配性及相关问题。首先，为了保证匹配的成功，研究了雷达景象匹配中使用的匹配算法、匹配基准图的图像特性、雷达景象匹配基准图匹配区的选取准则。为了提高可匹配性，研究了雷达图像的分割算法，提出了基于知识的遗传算法雷达图像机场目标分割；从实时图的四个图像描述参数，即对比度、信噪比、不同尺度平和不同方向的不同分辨率，研究了实时图和雷达景象可匹配性的关系；通过理论推导，建立了雷达景象可匹配性的概率计算数学模型，为景象匹配的可靠性评估提供了依据。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-13
第1章 绪论  13-23
  §1.1 引言  13-14
  §1.2 雷达的发展  14-16
  §1.3 雷达景象可匹配性相关技术的研究  16-21
  §1.4 本论文研究的目的和内容  21-22
  本章小结  22-23
第2章 雷达成像基本原理和影像灰度分布特性  23-41
  §2.1 雷达遥感概述  24-28
    §2.1.1 电磁波与电磁波谱  24-26
    §2.1.1 雷达方程  26-28
  §2.2 雷达系统  28-32
    §2.2.1 雷达工作方式  28-29
    §2.2.2 实孔径雷达  29-31
    §2.2.3 合成孔径雷达  31-32
  §2.3 雷达系统参数和地物参数  32-37
    §2.3.1 雷达系统参数  32-36
    §2.3.2 地物参数  36-37
  §2.4 雷达成像处理方法  37-39
  §2.5 影像灰度分布特性  39-40
  本章小结  40-41
第3章 雷达景象匹配基准图和匹配区选取研究  41-64
  §3.1 雷达景象匹配基准图的选取方法  41-51
    §3.1.1 景象匹配基本方法  41-46
    §3.1.2 景象匹配算法与景象匹配基准图的关系  46-49
    §3.1.3 景象匹配基准图的优选  49-51
  §3.2 层次景象匹配区选取准则  51-63
    §3.2.1 信息量  51-53
    §3.2.2 稳定性  53-57
    §3.2.3 唯一性  57-59
    §3.2.4 试验与分析  59-63
  本章小结  63-64
第4章 雷达图像的目标分割  64-93
  §4.1 图像分割常规算法  64-81
    §4.1.1 图像分割的定义  64
    §4.1.2 图像分割基本算法  64-81
      §4.1.2.1 并行边界图像分割  65-68
      §4.1.2.2 串行边界图像分割  68-69
      §4.1.2.3 并行区域图像分割  69-78
      §4.1.2.4 串行区域图像分割  78-81
  §4.2 基于遗传算法的图像分割  81-91
    §4.2.1 遗传算法基本理论  81-87
      §4.2.1.1 遗传算法概要  81-83
      §4.2.1.2 遗传数学基础  83-84
      §4.2.1.3 遗传算法的运算流程  84-87
    §4.2.2 基于知识的遗传算法SAR图像机场目标分割  87-91
  §4.3 试验与分析  91
  本章小结  91-93
第5章 雷达景象匹配实时图分析  93-110
  §5.1 信噪比与可匹配性的关系  93-95
  §5.2 对比度与可匹配性的关系  95-101
    §5.2.1 对比度的定义  95-96
    §5.2.2 对比度增强与可匹配性分析  96-98
    §5.2.3 试验与分析  98-101
  §5.3 不同尺度与可匹配性的关系  101-106
    §5.3.1 累加概率分布表示不同尺度的目标  102-103
    §5.3.2 累加概率分布与相关系数的关系  103-104
    §5.3.3 试验与分析  104-106
  §5.4 不同方位具有的不同分辨率与可匹配性的关系  106-108
  本章小结  108-110
第6章 雷达景象匹配概率模型的建立  110-125
  §6.1 基本假设  110-112
  §6.2 度量值的均值和方差计算  112-116
  §6.3 贡献像元数定义  116
  §6.4 匹配概率公式的建立  116-121
  §6.5 试验分析  121-123
  本章小结  123-125
第7章 雷达景象可匹配性系统原型  125-130
  §7.1 软件设计  125-126
  §7.2 系统的功能模块  126-129
  本章小结  129-130
第8章 结论与展望  130-132
  §8.1 结论  130-131
  §8.2 展望  131-132
参考文献  132-140
攻读学位期间科研学术情况  140-142
致谢  142

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 摄影测量学与测绘遥感 > 测绘遥感技术
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