基于反射对称性的极化sar舰船目标cfar检测

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1、基于反射对称性的极化SAR舰船目标CFAR检测摘要：反射对称性是极化散射中十分重要的一种性质。反射对称性检测量刻画了共极化通道和交叉极化通道间的相关性，在极化合成孔径雷达（PolSAR）目标检测中有重要应用。在复igliaccio基于极化SAR数据中金属目标和海洋的反射对称性差异，首次利用极化协方差矩阵中的共极化（HH，VV）和交叉极化通道（HV）之间的相关性构建了一种新的检测量反射对称检测量，用于观测海洋中人造金属目标，该方法在理论上表现出较好的检测性能，利用反射对称性构造反射对称检测量进行舰船目标检测已经成为近几年极化SAR舰船目标检测的研究热点。然而在已有

2、文献中该检测量在应用于目标检测时都是根据经验选取检测阈值，当SAR成像系统、海洋背景等条件发生变化时经验阈值往往发生变化，不具有很好的适应性，造成了基于反射对称检测量的检测方法在实际应用中困难重重，迫切需要研究相应的自适应检测方法。这其中，恒虚警率（ConstantFalseAlarmRate，CFAR）检测是雷达目标检测领域的经典和常用方法，具有广泛的应用前景，其首要和关键问题是研究相应检测量的杂波统计模型。但遗憾的是目前还没有文献给出基于极化协方差矩阵的反射对称性检测量的杂波统计模型，这也制约了CFAR检测在基于反射对称性舰船目标检测中的应用。本文基于多变量

3、复高斯统计分布理论，从复aximumLikelihood，ML）、矩估计。ML估计方法是最优估计方法，但是通过对数似然函数很难得到形状参数和尺度参数。广泛采用的是基于矩估计的K分布参数估计法，其特点是形式简单、估计方便，但是该方法却存在诸多不足，突出表现为要单独估计有效视数而有效视数的精度极大地影响了后续形状参数和尺度参数的估计精度，甚至使K分布失效。文献给出了一种对数累计量参数估计方法，该方法把有效视数同形状参数尺度参数一样视为待估计参数。而且基于对数累计量的参数估计方法，相当于对SAR图像数据做了对数变换后进行参数估计，有效缩小了低阶样本对数累计量的变化范围

4、，也就是说不论杂波均匀度如何，都不会出现K分布失效的问题。因此本文也采用对数累计量方法进行K分布参数估计。4基于反射对称性的舰船目标CFAR检测流程检测流程主要分为三步：（1）要从极化协方差矩阵中水平极化数据垂直极化数据和水平极化与交叉极化的相关性数据构造反射对称性归一化检测量；（2）估计分布参数，建立精准的理论统计模型；（3）执行CFAR检测输出二值化检测结果图。5实验结果及分析实验采用同一SAR平台，不同地区、不同分辨率、不同波段、不同海况下的极化数据充分验证K分布对反射对称检测量直方图的良好拟合性能以及反射对称检测方法的有效性。数据为美国NASA的AIR?

5、SAR极化数据，日本东京湾极化数据和我国台湾高雄地区极化数据，数据示意图（Pauli基合成图）如图2所示。东京湾海域C波段水平极化（HH）数据如图2（a）所示，距离向和方位向理论分辨率为5m3m，高雄港L波段水平极化数据如图2（b）所示，距离向和方位向理论分辨率为2.8m5m。5.1检测量统计分布拟合在水平极化（HH）、垂直极化（VV）和交叉极化（HV）通道数据中的相同位置割取一块海杂波切片，如图2中1号框标定区域所示，验证K分布对反射对称检测量直方图的拟合性能。首先按照式（8）对检测量进行归一化处理，并统计归一化后的检测量的直方图，然后根据文中第3节所提参数估

6、计方法，对参数进行估计，拟合结果如图3所示。另外，在高海况下，极化交叉熵检测结果中虚警显著增多，整体检测性能下降明显；而反射对称性检测方法检测性能无明显变化，也说明了该方法对海况的变化有较好的适应性。分析其原因，极化交叉熵方法是假定目标和杂波有着不同的散射机理，反映了相邻分辨单元极化散射的随机性，因此目标和杂波之间的极化熵值可区分，但是如果杂波呈现非布拉格散射特性（高海况时），那么这个假设并不是完全成立的，这也正是为什么海况复杂后极化交叉熵检测结果明显下降的原因。相反，反射对称性方法和杂波、目标的后向散射机理无明显关系，主要反映了人造反射物体与自然反射物体在散射

7、对称性上的区别。结果对比如表1所示。6结语本文基于极化SAR数据反射对称性原理，在复ERONulatedpolarimetricsignaturesofprimitivegeometricalshapes.IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing，1996，34（3）：793?803.RINGROSER，HARRISN.ShipdetectionusingpolarimetricSARdata//ProceedingsofmitteeonEarthObservationSatellites.Toulouse：SAR

8、izationetric