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与传统成像手段相比,合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时的特点。SAR在现代武器装备中发挥着越来越重要的作用,常用于飞行器末段数字式景象匹配制导。在实用的景象匹配系统中,参考图与实时图大多由异源SAR传感器拍摄获取,而这些异源传感器具有不同的分辨力、不同的高度、不同的拍摄角度、不同的天气、不同的时段、不同的雷达波段和不同的工作模式。因此,参考图与实时图之间一般存在较大的灰度差异与几何变形,这导致不同匹配算法之间的多样性与复杂性。如何根据实际的应用环境选择合适的景象匹配算法成为了一个难题。本文从景象匹配评估技术的理论研究与评估系统的原型开发,从理论和实验的角度实现了对不同匹配算法的评估。本文的研究意义在于:景象匹配评估是一个困难的命题,国内外很难找到可以借鉴的研究成果,本研究首次从理论上建立了一个可以进行定量分析的景象匹配评估体系和方法。该方法能够对各种匹配算法进行系统评估,以确定它们的可靠性,避免了逐一进行外场飞行实验的检核,从而有助于节约景象匹配系统研发费用、缩短开发周期、提升产品性能,提高景象匹配系统的智能化、可靠性和实时性。主要内容和相关成果包括:
⑴SAR景象匹配算法评估体系的建立与实现。提出了完整的景象匹配算法评估体系。该体系包含SAR影像度量指标的选择、参考图适配性评估模型与实时图可匹配性评估模型的建立以及基于评估模型的评估方法实现等内容,实现了对同一算法不同景象适应性的评估以及不同算法之间总体性能的评估。
⑵SAR影像理想边缘参考图提取准则的建立。提出了由相关分析与ROC分析构成的SAR影像理想边缘参考图提取准则。使用该准则提取“理想”的边缘参考图,为SAR边缘提取图的质量评估提供参考依据。
⑶参考图适配性评估的SRIS模型的建立。景象匹配区的选取是整个匹配系统启动的先决条件。本文从参考图灰度特征、结构特征和纹理特征出发,提取出参考图的多个度量指标,结合理想匹配结果构成训练样本集。并运用支持向量机对训练样本进行分类训练,得到参考图适配性评估模型,使用这个模型可实现匹配区的自动选取。
⑷实时图可匹配性评估的SRIM模型的创建。实时图边缘的提取质量是影响景象匹配结果的另一重要因素。本文提出了实时图可匹配性评估的SRIM模型。该模型从实时图提取边缘中计算非独立度量指标与独立度量指标,利用“理想”边缘参考图作依据,结合支持向量机实现了对实时图边缘质量的分类评估,从而揭示了实时图边缘质量与最终匹配性能之间的关系。
⑸评估系统原型开发。结合论文的主体研究工作和景象匹配系统研制任务需求,开发了异源合成孔径雷达景象匹配的评估系统。该系统在实际使用中取得了良好的效果,证明了本文理论研究成果的正确性与工程实用性。