基于SAR的海洋艦船目標檢測＊

張兵兵 武昕偉 趙建春

（1.陸軍軍官學院研究生管理大隊 合肥 230031）（2.陸軍軍官學院電子工程教研室 合肥 230031）

1 海洋SAR圖像特點

在SAR傳感器對目標成像時，SAR圖像的灰度值反映了地面目標對SAR發射的微波信號的回波的強弱，當回波信號強時，在圖像中目標比較亮，反之則暗。然而，回波信號的強弱取決于目標的粗糙度和介電質屬性。由于目標的特性（如艦船的金屬特性），目標與海洋表面構成角反射器，同時其上層結構也構成了許多角反射器，因此目標對雷達波具有極強的后向散射能力，從而在SAR圖像上表現為由幾個乃至數十個像素構成的高亮度的點目標或硬目標，且經常伴隨有“十字叉”。而作為背景的海洋表面，在海面比較平靜時，海面對雷達波束表現為鏡面反射，后向散射回波比較弱，此時背景很暗；海風比較強烈的情況下，海面發生Bragg共振散射，回波信號較強，背景偏亮。但是在上述兩種情況下，目標的后向散射回波均遠強于海洋背景的回波。因此在SAR圖像上直接檢測目標，其本質就是在存在雜波和噪聲干擾的暗背景中檢測高亮度的點目標或硬目標。

2 SAR艦船目標檢測影響因素

影響艦船目標檢測能力的物理因素有艦船因素、SAR系統因素和海洋因素。艦船因素主要是艦船目標雷達截面積；SAR系統因素包括系統極化方式、工作模式和雷達觀測條件等；海洋因素主要指海況。

2.1 艦船因素

艦船目標通常含有數個散射中心和散射源，艦船的雷達截面積主要來源于角反射情況，許多艦船表面是垂直的，這樣就容易形成有效地二面角反射器。艦船的上層建筑和桅桿都是散射源，煙囪、升降機、貨船起重臂等都影響著艦船的雷達截面積。

2.2 雷達系統因素

不同SAR系統，性能參數（如波段，極化方式，入射角等）各不相同，對于艦船目標觀測能力不同。圖1是入射角對艦船反射回波影響的示意圖，圖a比圖b的入射角小，入射角越大，SAR接收到的艦船反射回波越強，這與1997年Vachon等人使用Skolnik的艦船截面積等于排水量的結論得出的結果是一致的。

2.3 海洋因素

當海風增大時，海洋表面的后向散射增加，SAR圖像上艦船目標與海洋背景的對比度減小，檢測能力下降。同時，由于海洋平面的起伏變化，使得雷達一個分辨單元內散射點之間的相干加強，因而相干斑強度加大。入射角相同的情況下，海況對反射回波影響示意圖如圖2所示。

圖1 入射角回波示意圖

圖2 海況對反射回波影響示意圖

從圖中可見，當海面比較平靜時，海面回波信號比較弱，背景很暗。海風強烈則回波較強，后向散射增加，背景偏亮。

3 海洋目標檢測工作步驟

從已發表的大量研究文獻可歸納出，一般檢測工作包含如下五個步驟：

1）海陸分割。又稱陸地掩膜，目的是將海洋SAR圖像中的陸地區域進行遮蔽或移除，使得檢測器僅僅作用于海洋區域而忽略陸地區域。這是因為陸地區域在SAR圖像上通常具有較強的后向散射系數，同時陸地上的許多地物，在SAR圖像上都表現為類似于海面艦船的強散射體，這些陸地地物會帶來大量的虛警，增加目標辨識的工作量。

2）預處理。預處理被定義為一系列的SAR圖像處理操作，其目的是抑制雜波背景，增強目標，并去除由于各種因素造成的干擾，盡可能地提高目標檢測的準確性。這些操作包括斑噪抑制濾波、旁瓣抑制濾波、直方圖調整、目標增強等。

3）預分割。預分割是利用相應的檢測算法將海洋區域中可能是船只目標的高亮目標從背景中分割出來。

4）目標辨識：主要目的是通過先驗知識和人工干預將預分割得到的可疑目標進行篩選，減少檢測結果中的虛警。常用的先驗知識主要包括目標的尺寸、形狀、結構、散射特性以及周圍環境的異常等特性。

5）目標定位與信息提?。捍_定目標的圖像位置和實際地理位置，并根據檢測結果和目標特征對目標的面積、形狀和方向等參數進行估計。

表1 用于船只檢測的常用星載SAR數據

4 結語

本文參考了近年來公開發表國內外對SAR圖像海洋艦船目標檢測技術的研究成果，對檢測系統流程進行了簡要介紹，利用SAR進行艦船的檢測、監視和識別，分析艦船的面積、位置、航向及航速等重要參數，對于確保海上戰場主動權和取得軍事行動的成功起到重要的作用，達到捍衛我國領土完整和維護國家統一的目的。

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