[发明专利]一种雷达图像衍生与数据库扩容的方法

权利要求书

1.一种雷达图像衍生与数据库扩容的方法，其特征在在于，具体步骤如下：

步骤一：仿真雷达波面图像；

步骤1.1：建立三维数值波面；

基于海浪平稳随机性假设，采用Longuet-Higgins模型，表示为：

其中，η(x,y,t)表示海面波高，(x,y)为海浪空间固定点的坐标，t时间序列；a_ij是海浪振幅；ω_i为角频率，θ_j为海浪波向与x轴之间所成的角度，k_i是组成波的角波数，i、j是(x,y)海浪空间坐标点数，δ_ij为[0，2π]上均匀分布的随机相位；

步骤1.2：建立海浪频谱和方向谱函数；

采用JONSWAP海浪谱为海面波高的输入，表示为：

其中，S(ω)是海浪频谱，ω为角频率，α为能量尺度参量，ω_p为谱峰频率，g为重力加速度，γ为谱峰升高因子，σ_j描述谱宽度的参数；

其中，H_m是有效波高，T_p是波峰周期；

其中，ω_p＝2π/T_p；

现实的海表面是三维的，需要加入海浪在方向上的能量，形成海浪方向谱，表示为：

S(ω,θ)＝S(ω)·G(ω,θ)

其中，ω为角频率，θ是海浪组成波的方向；S(θ)是海浪频谱，G(ω,θ)是方向谱函数；

采用光易型方向函数G(ω,θ)，表示为：

其中，θ₀是主波波向；s为角扩散系数，它表示方向分布的集中程度，与频率和风速有关，Γ为伽玛函数，是主波传播方向；s的公式如下：

其中，ω_p＝2π/T_p；S_max为表征在风浪情况下的系数，S_max取10；

步骤1.3：建立不同海况下的三维数值波面；

根据步骤1.2中的海浪频谱和方向谱函数，设置不同海况下海浪参数，包括有效波高、波周期、波向数据，带入步骤1.1中的η(x,y,t)，建立三维数值波面；

步骤1.4：在三位数值波面基础上加入雷达调制信息及噪声信息；

阴影调制是雷达信号在入射海面时，前面高的海浪遮挡住了后面的海浪，造成被遮挡区域没有回波信号；阴影调制表达式为：

其中，(x,y)海浪某点的坐标，电磁波对于面元的俯角H为天线高；R(x,y,t)为天线到某一面元的水平距离，R(x′,y′,t)为该面元前的一个面元，θ₀(x′,y′,t)是它的俯角；Gray(x,y,t)是海面高度的灰度值；

倾斜调制的表达式为：

其中，倾斜调制因子是模拟海表面的三维单位外法向量，天线位置与照射面的三维单位向量；

步骤1.5：仿真雷达波面图像；

在步骤1.3建立的三维数值波面中加入步骤1.4中调制信息，得到仿真雷达波面图像，表示为：

其中，σ_sh+tilt为加入阴影调制和倾斜调制的雷达波面仿真图像，Gray_sh(x,y,t)为阴影调制，σ_tilt(x,y,t)为倾斜调制；

步骤二：实测雷达波面图像的二值化处理；

步骤2.1：采集雷达波面图像；

利用雷达采集一组雷达海杂波图像序列，并按照雷达协议进行存储，得到极坐标下的雷达灰度图像I(r,θ)，其中r为海面点到雷达的距离，θ为方位角；

步骤2.2：选取海浪参数反演区域；

以浮标安装位置为中心，选取距离范围为d1*d2的区域I(r′,θ′)作为海浪参数反演区域；将极坐标下的区域I(r′,θ′)转化到笛卡尔坐标下，得到笛卡尔坐标下的海浪反演区域I(x,y)；

步骤2.3：对选取的雷达波面图像I(x,y)进行图像预处理；

预处理包括同频干扰处理、目标物干扰处理、海浪纹理特征检等，得到处理后的雷达波面图像I(x′,y′)；

步骤2.4：实测雷达波面图像的自适应二值化处理；

采用自适应二值化方法提取海浪轮廓信息，表示为：

其中，f_s(n)表示第n个点之前s个点的灰度值的和，p_n是第n个点的灰度值，T(n)表示二值化后的值；

步骤2.5：对二值化处理后的实测雷达波面图像进行闭运算及灰度填充；

将步骤2.4中的二值化结果进行闭运算，目的是对平滑边缘及海浪纹理修复，闭运算包括膨胀操作和腐蚀操作，表示为：

其中，I是实测雷达波面图像，S是卷积核，是膨胀运算，是腐蚀运算；

对闭运算后的二值化实测雷达波面图像进行灰度填充，将原图像中轮廓位置的灰度值填充到处理后的轮廓图像中，最终完成实测雷达波面图像的二值化处理；

步骤三：扩充雷达波面图像数据库

将步骤一中的仿真雷达波面图像与步骤二中的二值化实测雷达波面图像放在一起，形成新的雷达波面图像数据库，完成雷达波面图像扩充。