基于SAR的海洋舰船目标检测＊

张兵兵 武昕伟 赵建春

（1.陆军军官学院研究生管理大队 合肥 230031）（2.陆军军官学院电子工程教研室 合肥 230031）

1 海洋SAR图像特点

在SAR传感器对目标成像时，SAR图像的灰度值反映了地面目标对SAR发射的微波信号的回波的强弱，当回波信号强时，在图像中目标比较亮，反之则暗。然而，回波信号的强弱取决于目标的粗糙度和介电质属性。由于目标的特性（如舰船的金属特性），目标与海洋表面构成角反射器，同时其上层结构也构成了许多角反射器，因此目标对雷达波具有极强的后向散射能力，从而在SAR图像上表现为由几个乃至数十个像素构成的高亮度的点目标或硬目标，且经常伴随有“十字叉”。而作为背景的海洋表面，在海面比较平静时，海面对雷达波束表现为镜面反射，后向散射回波比较弱，此时背景很暗；海风比较强烈的情况下，海面发生Bragg共振散射，回波信号较强，背景偏亮。但是在上述两种情况下，目标的后向散射回波均远强于海洋背景的回波。因此在SAR图像上直接检测目标，其本质就是在存在杂波和噪声干扰的暗背景中检测高亮度的点目标或硬目标。

2 SAR舰船目标检测影响因素

影响舰船目标检测能力的物理因素有舰船因素、SAR系统因素和海洋因素。舰船因素主要是舰船目标雷达截面积；SAR系统因素包括系统极化方式、工作模式和雷达观测条件等；海洋因素主要指海况。

2.1 舰船因素

舰船目标通常含有数个散射中心和散射源，舰船的雷达截面积主要来源于角反射情况，许多舰船表面是垂直的，这样就容易形成有效地二面角反射器。舰船的上层建筑和桅杆都是散射源，烟囱、升降机、货船起重臂等都影响着舰船的雷达截面积。

2.2 雷达系统因素

不同SAR系统，性能参数（如波段，极化方式，入射角等）各不相同，对于舰船目标观测能力不同。图1是入射角对舰船反射回波影响的示意图，图a比图b的入射角小，入射角越大，SAR接收到的舰船反射回波越强，这与1997年Vachon等人使用Skolnik的舰船截面积等于排水量的结论得出的结果是一致的。

2.3 海洋因素

当海风增大时，海洋表面的后向散射增加，SAR图像上舰船目标与海洋背景的对比度减小，检测能力下降。同时，由于海洋平面的起伏变化，使得雷达一个分辨单元内散射点之间的相干加强，因而相干斑强度加大。入射角相同的情况下，海况对反射回波影响示意图如图2所示。

图1 入射角回波示意图

图2 海况对反射回波影响示意图

从图中可见，当海面比较平静时，海面回波信号比较弱，背景很暗。海风强烈则回波较强，后向散射增加，背景偏亮。

3 海洋目标检测工作步骤

从已发表的大量研究文献可归纳出，一般检测工作包含如下五个步骤：

1）海陆分割。又称陆地掩膜，目的是将海洋SAR图像中的陆地区域进行遮蔽或移除，使得检测器仅仅作用于海洋区域而忽略陆地区域。这是因为陆地区域在SAR图像上通常具有较强的后向散射系数，同时陆地上的许多地物，在SAR图像上都表现为类似于海面舰船的强散射体，这些陆地地物会带来大量的虚警，增加目标辨识的工作量。

2）预处理。预处理被定义为一系列的SAR图像处理操作，其目的是抑制杂波背景，增强目标，并去除由于各种因素造成的干扰，尽可能地提高目标检测的准确性。这些操作包括斑噪抑制滤波、旁瓣抑制滤波、直方图调整、目标增强等。

3）预分割。预分割是利用相应的检测算法将海洋区域中可能是船只目标的高亮目标从背景中分割出来。

4）目标辨识：主要目的是通过先验知识和人工干预将预分割得到的可疑目标进行筛选，减少检测结果中的虚警。常用的先验知识主要包括目标的尺寸、形状、结构、散射特性以及周围环境的异常等特性。

5）目标定位与信息提取：确定目标的图像位置和实际地理位置，并根据检测结果和目标特征对目标的面积、形状和方向等参数进行估计。

表1 用于船只检测的常用星载SAR数据

4 结语

本文参考了近年来公开发表国内外对SAR图像海洋舰船目标检测技术的研究成果，对检测系统流程进行了简要介绍，利用SAR进行舰船的检测、监视和识别，分析舰船的面积、位置、航向及航速等重要参数，对于确保海上战场主动权和取得军事行动的成功起到重要的作用，达到捍卫我国领土完整和维护国家统一的目的。

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