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一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法

魏翔飞 王小青 种劲松

魏翔飞, 王小青, 种劲松. 一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991
引用本文: 魏翔飞, 王小青, 种劲松. 一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991
Xiangfei WEI, Xiaoqing WANG, Jinsong CHONG. Ship Azimuthal Speed Estimation Method Based on Local Region Doppler Centroid in SAR Images[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991
Citation: Xiangfei WEI, Xiaoqing WANG, Jinsong CHONG. Ship Azimuthal Speed Estimation Method Based on Local Region Doppler Centroid in SAR Images[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991

一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法

doi: 10.11999/JEIT170991
详细信息
    作者简介:

    魏翔飞:男,1991年生,博士生,研究方向为SAR海洋成像

    王小青:男,1978年生,副研究员,研究方向为SAR海洋遥感应用与机理

    种劲松:女,1969年生,研究员,博士生导师,研究方向为海洋微波遥感

    通讯作者:

    种劲松  iecas_chong@163.com

  • 中图分类号: TN957.52

Ship Azimuthal Speed Estimation Method Based on Local Region Doppler Centroid in SAR Images

  • 摘要: 针对现有船速估计算法大多数只能估计出舰船距离向速度的问题,该文提出一种基于合成孔径雷达(SAR)图像局域中心频率的舰船方位向速度估计方法。首先分析了动目标在SAR图像局域多普勒中心频率的变化规律,并推导了利用中心频率变化率估计目标方位向速度的理论公式。然后给出了根据SAR图像局域方位向功率谱的概率密度函数,利用最大似然估计算法估计中心频率变化率的方法。同时,对所提方法的精度与适用性应用性进行分析。最后,通过仿真和实测数据,将该方法的估计结果与直接计算调频率获得的结果进行对比分析。结果表明,相对于调频率法,该方法具有更高的估计精度,验证了所提方法的有效性。
  • 图  1  动目标局部位置多普勒谱随方位窗口中心时刻变化的示意图

    图  2  舰船目标分块示意图

    图  3  本文算法估计精度随各种参数的变化及其与CRB的比较

    图  4  点目标多普勒谱分析

    图  5  舰船目标方位向速度与SAR运动方向相反时舰船速度估计结果

    图  6  舰船目标方位向速度与SAR运动方向相同时舰船速度估计结果

    图  7  本文方法与尾迹法获取的舰船速度的对比

    表  1  仿真参数

    参数 仿真1 仿真2 仿真3 仿真4 仿真5 仿真6
    ${\rm{PRF}}$ 500 500 500 500 500 500
    ${I_{\rm{s}}}$ 100 100 100 100 100 100
    $\Delta {f_{\rm{d}}}$ 10 10 10 10 10 1~20
    $N$ 13 13 13 13 5~50 13
    ${N'\!\!_{\rm{a}}}$ 128 128 128 50~500 128 128
    $L$ 10 10 5~100 10 10 10
    ${\rm{SCR}}$ 2 0~15 2 2 2 2
    ${\rm{SNR}}$ 0~15 6 6 6 6 6
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    表  2  点目标仿真参数

    雷达波长(m) 调频率(Hz/s) 距离带宽(MHz) 天线长度(m) PRF
    (Hz)
    平台速度(m/s) 平台高度(m) 近端斜距(m) 信噪比(dB) 信杂比(dB) 目标1方位向速度(m/s) 目标2方位向速度(m/s) 目标3方位向速度(m/s)
    0.2308 2.8e13 25 4 900 100 8100 10000 2 6 –10 –5 5
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    表  3  不同信杂比下本文方法与调频率法估计结果的对比

    SCR(dB) 均值(m/s) 方差(m2/s2)
    本文方法 调频率法 本文方法 调频率法
    20 –10.05 –11.01 0.0001 $ \times $10–2 0.005 $ \times $10–2
    10 –10.03 –11.43 0.12 $ \times $10–2 0.32 $ \times $10–2
    0 –9.92 –11.50 0.28 $ \times $10–2 0.12
    –10 –9.87 –12.27 1.28 $ \times $10–2 1.65
    –20 –9.82 –15.13 2.43 $ \times $10–2 7.16
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    表  4  本文方法及调频率法相对尾迹法的估计偏差

    最大偏差(m/s) 最大相对偏差(%) 相关系数
    本文方法 0.87 12 0.9986
    调频率法 2.30 20 0.86
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  • OUCHI K, TAMAKI S, YAGUCHI H, et al. Ship detection based on coherence images derived from cross correlation of multilook SAR images[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2004, 1(3): 184–187 doi: 10.1109/LGRS.2004.827462
    IERVOLINO P and GUIDA R. A novel ship detector based on the generalized-likelihood ratio test for SAR imagery[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2017, 10(8): 3616–3630 doi: 10.1109/JSTARS.2017.2692820
    OUCHI K, IEHARA M, MORIMURA K, et al. Nonuniform azimuth image shift observed in the Radarsat images of ships in motion[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002, 40(10): 2188–2195 doi: 10.1109/TGRS.2002.802478
    DRAGOSEVIC M V and VACHON P W. Estimation of ship radial speed by adaptive processing of RADARSAT-1 fine mode data[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2008, 5(4): 678–682 doi: 10.1109/LGRS.2008.2002433
    ZILMAN G, ZAPOLSKI A, and MAROM M. The speed and beam of a ship from its wake’s SAR images[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2004, 42(10): 2335–2343 doi: 10.1109/TGRS.2004.833390
    ELDHUSET K. An automatic ship and ship wake detection system for spaceborne SAR images in coastal regions[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002, 34(4): 1010–1019 doi: 10.1109/36.508418
    种劲松, 欧阳越, 朱敏慧. 合成孔径雷达图像海洋目标检测[M]. 北京: 海洋出版社, 2006: 96–105.

    CHONG Jinsong, OUYANG Yue, and ZHU Minhui. Detection of Ocean Target in Synthetic Aperture Radar Imagery[M]. Beijing: Ocean Press, 2006: 96–105.
    KERBAOL V and COLLARD F. SAR-derived coastal and marine applications: From research to operational products[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2006, 30(3): 472–486 doi: 10.1109/JOE.2005.857505
    RENGA A and MOCCIA A. Ship velocity estimation by doppler centroid analysis of focused SAR data[C]. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Quebec City, Canada, 2014: 1809–1812.
    孙海青, 王小青, 种劲松. 基于SAR子孔径序列图像配准的海洋动态信息获取[J]. 电子与信息学报, 2012, 34(1): 179–186 doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.00478

    SUN Haiqing, WANG Xiaoqing, and CHONG Jinsong. Ocean dynamic information acquisition based on matching SAR ocean sub-aperture sequence images[J]. Journal of Electronics&Information Technology, 2012, 34(1): 179–186 doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.00478
    RENGA A and MOCCIA A. Use of doppler parameters for ship velocity computation in SAR images[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2016, 54(7): 1–17 doi: 10.1109/TGRS.2016.2533023
    云亚娇, 齐向阳, 李宁. 基于参数估计的海面运动舰船SAR成像方法[J]. 雷达学报, 2016, 5(3): 326–332 doi: 10.12000/JR15104

    YUN Yajiao, QI Xiangyang, and LI Ning. Moving ship SAR imaging based on parameter estimation[J]. Journal of Radars, 2016, 5(3): 326–332 doi: 10.12000/JR15104
    LI Ning, WANG Robert, DENG Yunkai, et al. Fast ship detection for ScanSAR mode in wide sea areas[C]. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Beijing, China, 2016: 1251–1253.
    CUMMING I G and WONG F H. Digital Processing of Synthetic Aperture Radar Data: Algorithms and Implementation[M]. Norwood, USA: Artech House Inc., 2005: 75–114.
    OLIVER C and QUEGAN S. Understanding Synthetic Aperture Radar Images[M]. Raleigh, USA: SciTech Publishing, 2004: 49–100.
    MENG Hui, WANG Xiaoqing, CHONG Jinsong, et al. Doppler spectrum-based NRCS estimation method for low-scattering areas in ocean SAR images[J]. Remote Sensing, 2017, 9(3): 219–240 doi: 10.3390/rs9030219
    CHITROUB S, HOUACINE A, and SANSAL B. Statistical characterisation and modelling of SAR images[J]. Signal Processing, 2002, 82(1): 69–92 doi: 10.1016/S0165-1684
    魏翔飞, 种劲松, 王小青, 等. 一种面向水面纹理的毫米波LFMCW雷达成像算法[J]. 电子与信息学报, 2017, 39(5): 1030–1035 doi: 10.11999/JEIT160684

    WEI Xiangfei, CHONG Jinsong, WANG Xiaoqing, et al. Imaging algorithm of millimeter-wave LFMCW radar for water surface texture detection[J]. Journal of Electronics&Information Technology, 2017, 39(5): 1030–1035 doi: 10.11999/JEIT160684
    HADDAD A. Estimation theory with applications to communications and control[J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 1972, 17(4): 585–585 doi: 10.1109/TAC.1972.1100024
    WANG Peng, WANG Xiaoqing, CHONG Jinsong, et al. Optimal parameter estimation method of internal solitary waves in SAR images and the Cramer-Rao bound[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2016, 54(6): 3143–3150 doi: 10.1109/TGRS.2015.2512264
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-23
  • 修回日期:  2018-06-08
  • 网络出版日期:  2018-07-12
  • 刊出日期:  2018-09-01

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