合成孔径雷达的图像判读要点分析

合成孔径雷达的图像判读要点分析

杨彬彬

( 河北 邢台 ) 054000

摘要：合成孔径雷达的具有强大的监测功能，在工业领域、国防领域被广泛应用。该技术应用具有高分辨率，对气候环境的适应性比较强，在应用过程中将尺寸比较小的天线孔径进行合成，实现合成孔径雷达的制作与应用。本文对合成孔径雷达应用过程中的图像特点分析，发现其在图像判读应用上仍具有广泛的进步空间，因此，本文提出提高合成孔径雷达图像判读的对策，分析其具体的应用范围。

关键词：合成孔径雷达；雷达图像；工作原理；目标识别

引言：雷达通过发射和接收电磁波的方式对物体信息进行检测，在目标行为、形态勘察上被广泛应用，且具有高效优势。合成孔径雷达的应用具有强大的成像功能，其主要分辨率较高、穿透性较强的雷达实现对目标的识别与成像，目前，该类雷达通常被搭载在卫星或者飞机上，可以实现大范围的覆盖应用，通过搭载物体的移动合成孔径，并成像。

一、合成孔径雷达的工作原理

与普通的雷达工作原理相同，通过对电磁波信号的发射与回收，测定与被检测对象之间的距离，并根据脉宽窄实现对检测对象形体的成像。合成孔径雷达采用相对运动的方式将信号相位进行重叠，将接收信号的空间扩大。经过数据处理之后，其尺寸与天线雷达相似。合成孔径雷达主要通过搭载飞机或者卫星等时刻处于移动状态的物体，通过估计运行进行距离测量和成像，根据光学系统应用原理，通过透镜或者反射镜的方式形成图像^[1]。

合成孔径雷达在成像的过程中，采用真实孔径侧视雷达的分辨率检测方式。距离分辨率形成根据电磁波的传播速度、雷达的脉冲宽度、持续时间等进行计算。合成孔径雷达会因多普勒效应产生方位分辨率，主要根据雷达的孔径长度、探测点距离、电磁波波长等参数，对方位分辨率进行确定和计算。多普勒效应由雷达的相对运动产生，接收频率与波源频率存在差别，从而产生多普勒效应。

2. 合成孔径雷达图像的特点

1. 图像可读性差

对合成孔径的雷达图像特征进行分析，由于雷达需要在相对运动的过程中寻找信号的重叠点，在移动状态下进行成像。移动成像会导致图像分辨率受到一定程度的影响，虽然合成大孔径在分辨率上有着明显的优势，但运动过程所产生的影响主要体现在生成图像有一定程度的模糊，视觉可读性有待提高。合成孔径雷达图像在对几何体形态等进行采集的过程中，会受到强噪声影响。导致图像的可读性无法满足要求，对检测、采集的信息进行处理也存在一定的难度。合成空间雷达成像如图1所示。

图 1 合成孔径雷达成像图

2. 目标依赖性强

合成孔径雷达成像必须采用侧视的方式对内容进行自动聚焦，在合成孔径内，对信号进行处理后得到电子镶嵌图。合成孔径雷达在成像过程中，亮度正比于目标区域反射的能量，其数值成为衡量能量散射程度的截面积。因此，可以得知，合成孔径雷达应用过程中对目标的依赖性比较强，散射强度也会受到目标所影响，当目标的视角、姿态等出现一定程度的偏差时，会导致合成孔径雷达图像的清晰度、分辨率等出现明显的差异。

3. 人工判读困难

合成孔径雷达成像与光学成像原理不同，其在生成高分辨率的图像的过程中，图像的数据量也在持续增加。合成孔径雷达成像机应用到卫星、飞机等距离较远、范围较大的作业范围之中，应用到环境检测、资源勘察之中，对分辨率的要求比较高。电磁波通过天线对信号的收集，使得其呈现出虚拟的光圈，也就是生成的“合成孔径”，其通过产生具有连续性的电脉冲的方式，对波束、波长进行反馈，声场图像，利用复杂图像之间的相位差确定图像内的信息。大量的数据在此过程中生成，且在反复聚焦、回波的过程中，生成图像。大量的数据导致人工对图像进行判读十分困难，工作量也比较大。

三、如何提高图像判读效率

（一）目标对比识别

在对合成孔径雷达图像进行判读的过程中，为了解决目标依赖性强、信息可读性差问题。可以尝试应用光学原理生成的图像与合成孔径雷达图像中的内容进行对比分析，将两者技术进行融合应用，强化图像生成过程中的目标识别能力。将可见光图像作为图像的基本特征，通过对图像内容中植物、地表、湖泊、动物等物体的线性特征分析，对其目标进行细致的识别。目前，我国技术研究部门已经可以实现利用传感器装置等进行合成孔径图像生成的运动补偿，可以实现对难以形成对比度图像的自动聚焦，提高数据处理能力。

在图像判读过程中，辅助应用其他感应技术和对比技术，利用智能系统的数据识别功能、图像识别功能，通过对不同类物体的线性特征对比分析、色泽特征对比分析，实现对目标的科学准确识别。目前图像判读研究所取得的成果主要集中在智能识别技术上，其可以对图像中的道路、河流、桥梁、船等具有一定显性特征或者隐性特征的目标对象的准确识别^[2]。

（二）建立数据库模板

在对图像判读的过程中，为了符合合成孔径雷达图像判断的特点，减少人工判读在大量图像数据作业中的难度，减少工作量的同时增加图像判读的效率。相关人员可以充分借助并发挥数据库技术在图像判读之中的应用，借助数据库技术的数据采集、数据分析等功能，减少人工行为对图像判读所产生的影响。借助数据库的数据分析功能在云端储存大量的图像目标模板，将大量的内容的图像特征、不同分辨率、格式的图像类型上传到终端系统之中，根据使用对象建立相应的目标模板。通过数据库对比、数据库分析的方式进行图像判断。目前，学者们已经研究及建设完成适合图像判断的数据库资源，并建立了图像自动识别和判读系统，可以满足用户实际应用的目标需求，应用效果良好。随着通信技术、数字化技术的不断完善，数据库内的模板资源将会更加丰富，准确度也将不断提高。

（三）引进新型技术

图像处理技术的进步为图像判读提供了更多的可能性。目前，图像增强技术、图像修复技术在图像判读效率提升中具有明显的作用。通过应用密度分割仪、彩色合成仪、数字图像处理系统、变焦转绘仪等设备可以实现对图像的科学判读。判读结果中可以实现对特征的提取。因此，通过引进新型技术、设备的方式辅助开展图像判读工作，可以提高图像判读的效率。

四、目前SAR图像的应用范围

将合成孔径雷达搭载在飞机、卫星等平台之上，依据其强大的穿透能力和不间断的工作能力，可以应用到军事侦察中。2006年，我国发射的遥感卫星1号搭载了SAR系统，并在军事勘察领域中被广泛应用。通过合成孔径雷达成像的方式，对覆盖区域的军事设备搭载情况、人员情况、地理情况等进行勘察，生成具有高分辨率的图像，因此，将SAR图像用于具体的军事勘察工作中具有积极作用。此外，SAR图像在辅助军事指挥上也具有积极的作用，在作战中可以实现对军事目标的识别，并将军事目标设备特征直接传递到系统之中。

结论：综上所述，合成孔径雷达图像在判读上具有一定的问题。目前，合成孔径雷达图像被广泛应用到工业领域、环境监测领域、地质资源勘察领域之中，应用效果较好。随着合成孔径雷达技术的不断完善，其分辨率、效率将会明显提高，目标识别的准确度也会有所提升。

参考文献：

[1]敬绍迪,喻玲娟,胡跃虹,等.基于U-Net和胶囊网络的合成孔径雷达图像语义分割[J].激光与光电子学进展,2021,58(20):156-165.

[2]王俊杰,冯德军,胡卫东.基于时变材料的合成孔径雷达图像二维调制方法[J].系统工程与电子技术,2022,44(02):455-462.

[3]唐维凯,王利岗,赖鹏辉,等. 高寒地区露采高边坡合成孔径雷达在线监测预警研究[J]. 中国矿业,2022,31(02):99-103.

[4]谢翔,杜年春,沈向前,等. 国产圆弧式合成孔径雷达系统精度测试研究[J]. 测绘技术装备,2021,23(04):7-10+15.

[5]刘志刚.浅析SAR图像的判与读.[M]国家安全地球物理丛书.2011年11月01日

[6]姬宪法.机载合成孔径雷达原理及应用.[M]机电产品开发与创新.2014年第02期12-14