一種合成孔徑雷達圖像噪聲功率估計新方法技術

本發明專利技術公開了一種估計SAR圖像噪聲功率的新方法。在SAR圖像超分辨率重建中，噪聲功率估計是一個非常重要的問題。本發明專利技術提供了一種SAR圖像噪聲功率估計新方法。本發明專利技術首先定義了自洽度與無寄生測度兩個新的參量，然后利用這兩個新參量的乘積定義了一種聯合參量，利用該聯合參量即可實現對雷達圖像噪聲功率的準確估計。與現有技術相比，本發明專利技術的有益效果是：（1）利用本發明專利技術方法對SAR圖像噪聲功率進行估計，同時考慮了熱噪聲和非熱噪聲，估計結果更加全面準確；（2）本發明專利技術方法實現了對雷達圖像噪聲功率的自動估計，無需人工根據雷達接收機溫度進行計算確定；（3）利用本發明專利技術方法求得的噪聲功率對SAR圖像進行超分辨率重建，能夠得到更好的重建圖像。

A new method for noise power estimation of SAR images

The invention discloses a new method for estimating the noise power of an SAR image. In the super-resolution reconstruction of SAR images, noise power estimation is a very important problem. The invention provides a new method for estimating SAR image noise power. The invention firstly defines the self consistent degree and non parasitic measure two parameters, and then use the product of these two new parameters for a joint parameter definition, to achieve accurate estimation of radar image noise power using the parameters can be combined. Compared with the prior art, the invention has the beneficial effects of: (1) the SAR image noise power is estimated by the method of the invention, considering the thermal noise and thermal noise, the estimation results more comprehensive and accurate; (2) the method of the invention realizes the automatic estimation of radar image noise power, without manual according to radar receiver temperature calculation; (3) noise power is obtained by the method of the invention of the SAR image super-resolution reconstruction can get better reconstruction image.

【技術實現步驟摘要】
一種合成孔徑雷達圖像噪聲功率估計新方法
本專利技術涉及一種估計雷達圖像噪聲功率的新方法。
技術介紹
雷達圖像超分辨率重建通常需要使用雷達成像系統點擴散函數（PSF）和平均噪聲功率的先驗知識。雷達PSF可以利用信號帶寬及雷達接收機匹配濾波器中降低副瓣的窗函數等知識進行估計，也可通過記錄強點散射體（如三面角反射器）的散射數據進行測定。系統噪聲功率通常建模為雷達接收機熱噪聲，噪聲的大小取決于接收機的溫度，所以理論上如果溫度已知，則可計算出噪聲功率。但實際系統中的噪聲還應包含發射機/接收機非線性、氣相干擾以及模型未曾考慮的其它寄生雜散效應等非熱噪聲的影響。對于寬帶雷達，這是尤其需要考慮的情況。在雷達圖像超分辨率重建中，如果假定的噪聲太小，則超分辨率重建算法將過擬合數據，這將導致估計場景中寄生能量很高但相位相反的交替象素。PSF矩陣的平滑作用傾向于消除此類現象并產生近乎實測數據的圖像，但估計場景將不再是真實場景的準確重建。如果假定的噪聲太大，則不管場景包含的是點目標、展布式目標還是雜波，估計場景都將由非常少的點目標構成，這是因為實測數據中任何對正確PSF的偏離都被認為是噪聲而非目標結構導致的。由于我們不知道（或不能測出）非熱噪聲的影響，因此需要根據實測圖像數據本身估計總體系統噪聲。假定雷達目標具有高分辨率二維后向散射系數，當從某一角度對目標進行成像時，將產生一幅特定的實測圖像。雷達成像過程可等效為雷達系統PSF與高分辨率目標場景的卷積，在數學上可表示為：這里f為高分辨率目標場景；T是反映雷達成像系統PSF作用的矩陣（即成像算子）；g為低分辨率實測圖像；n為系統噪聲。設潛在場景的一個估計為fest，則對于每個距離單元，其平均噪聲功率的一種估計為：這里N是距離單元的數目。說明書附圖1為利用上述噪聲功率估計算法，對某多目標一維場景噪聲功率（相對于最強目標，加入了-30dB的噪聲功率；假定目標多普勒頻率已知）進行估計所得的結果與輸入給上述算法的假定噪聲功率的對比曲線（實線），曲線通過多次運行上述噪聲功率估計算法得到，假定噪聲功率在-140～40dB范圍內。圖中同時給出了一條一致線（自洽線），在該線上估計噪聲功率等于假定噪聲功率。從說明書附圖1可以看出，當假定噪聲功率處于-30dB～-45dB之間時，由算法獲得的噪聲功率與假定噪聲功率近似一致，該噪聲功率區間包含了-30dB的真實噪聲功率值。
技術實現思路
上述噪聲功率估計算法只能確定圖像真實噪聲功率的大致范圍，不能確定圖像真實噪聲功率的具體準確值。為了克服上述噪聲功率估計算法的不足，本專利技術提供了一種新穎的雷達圖像噪聲功率估計方法，以實現對雷達圖像噪聲功率的準確估計。本專利技術所采用的具體技術方案即噪聲功率估計方法如下：假定噪聲的標準偏差是σin，我們首先定義一個自洽度參量如下：其中σest為噪聲功率估計值的標準偏差。顯然，。當輸入的假定噪聲功率與估計噪聲功率相等時，SC達到最大值。對一系列輸入噪聲功率進行測量，獲得的自洽度曲線如說明書附圖2中的實線所示。可以看出，如果利用自洽度作為估計真實噪聲功率大小的唯一依據，將存在不確定之處：真實噪聲功率應為-30dB還是-45dB。確定估計場景數據是否過擬合的一種方法是比較估計場景與實測圖像的功率大小。當數據被過擬合時，估計場景中將寄生能量很大但相位相反的交替像素，這些像素通常具有比實測數據更大的幅值。這里我們定義一個無寄生測度（SF）參量進行度量：當估計場景功率小于實測圖像功率時，SF等于1，否則SF等于實測圖像功率與估計場景功率的比值，其數學表達式如下：顯然，該值處于0~1之間。對所有像素的SF求平均即得整個場景的SF：當SF接近1時，數據不會過擬合，估計場景中將不會寄生能量很大但相位相反的交替像素。SF與輸入給算法的假定噪聲功率的比較曲線如說明書附圖2中的點劃線所示。當假定的噪聲功率很大時，SF等于1；隨著假定噪聲功率的減小，當減小到剛好低于實際噪聲功率-30dB時，SF迅速下降到0.1；對于所有低于該值的假定噪聲功率，SF基本保持為0.1不變。這說明SF值對導致估計場景寄生交替像素的低假定噪聲否決效果好。本專利技術定義一種聯合參量對噪聲功率進行估計，這種聯合參量定義為上述自洽度與無寄生測度兩個參量的乘積：聯合參量曲線如說明書附圖2中的虛線所示，從該曲線可以看出，在真實噪聲功率-30dB處具有一明確的峰值。利用這種噪聲功率估計方法，對具有不同目標數目和不同實際噪聲功率的圖像的噪聲功率進行估計，發現噪聲功率估計結果與實際噪聲功率均基本一致，誤差很小，通常在幾個dB之內。現有技術將雷達成像系統噪聲功率建模為雷達接收機熱噪聲，根據接收機的溫度人工確定圖像噪聲功率的大小，但實際雷達成像系統特別是寬帶雷達成像系統中的噪聲還應包含發射機/接收機非線性、氣相干擾以及其它寄生雜散效應等非熱噪聲的影響。因此，與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：（1）利用本文方法對雷達圖像噪聲功率進行估計，同時考慮了熱噪聲和非熱噪聲，估計結果更全面準確；（2）本文方法實現了對雷達圖像噪聲功率的自動估計，無需人工根據雷達接收機溫度進行計算確定；（3）利用本文方法求得的噪聲功率，能得到更好的超分辨率重建圖像。附圖說明圖1為估計噪聲功率與假定噪聲功率對比曲線；圖2為噪聲功率估計的優化圖。具體實施方式為了使本專利技術的技術手段、創作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面結合說明書附圖2對本專利技術進一步說明。本專利技術所提出的噪聲功率估計方法的實現步驟如下：（1）首先定義一個自洽度參量如下：其中σin為假定噪聲的標準偏差，σest為噪聲功率估計值的標準偏差，。當輸入的假定噪聲功率與估計噪聲功率相等時，SC達到最大值。對一系列輸入噪聲功率進行測量，獲得的自洽度曲線如說明書附圖2中的實線所示。可以看出，利用自洽度作為估計真實噪聲功率大小的唯一依據，將存在不確定之處：真實噪聲功率應為-30dB還是-45dB；（2）然后定義一個無寄生測度（SF）參量：當估計場景功率小于實測圖像功率時，SF等于1，否則SF等于實測圖像功率與估計場景功率的比值，其數學表達式如下：顯然，該值處于0~1之間。對所有像素的SF求平均即得整個場景的SF：SF與輸入給算法的假定噪聲功率的關系曲線如說明書附圖2中的點劃線所示。當假定的噪聲功率很大時，SF等于1；隨著假定噪聲功率的減小，當減小到剛好低于實際噪聲功率-30dB時，SF迅速下降到0.1；對于所有低于該值的假定噪聲功率，SF基本保持為0.1不變。這說明SF值對導致估計場景寄生交替像素的低假定噪聲否決效果好。（3）最后定義一種聯合參量（自洽度與無寄生測度的乘積）對噪聲功率進行估計：聯合參量曲線如說明書附圖2中的虛線所示，從該曲線可以看出，在真實噪聲功率-30dB處具有一明確的峰值。從而成功實現了對圖像真實噪聲功率的估計。以上顯示和描述了本專利技術的基本原理和主要特征和本專利技術的優點。本行業的技術人員應該了解，本專利技術不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本專利技術的原理，在不脫離本專利技術精神和范圍的前提下，本專利技術還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本專利技術范圍內。本專利技術要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術提出的圖像噪聲功率估計方法實現步驟如下：首先定義一個自洽度參量如下：

【技術特征摘要】
1.本發明提出的圖像噪聲功率估計方法實現步驟如下：首先定義一個自洽度參量如下：其中σin為假定噪聲的標準偏差，σest為噪聲功率估計值的標準偏差，；當輸入的假定噪聲功率與估計噪聲功率相等時，SC達到最大值；對一系列輸入噪聲功率進行測量，獲得的自洽度曲線如說明書附圖2中的實線所示；可以看出，利用自洽度作為估計真實噪聲功率大小的唯一依據，將存在不確定之處：真實噪聲功率應為-30dB還是-45dB。2.然后定義一個無寄生測度（SF）參量：當估計場景功率小于實測圖像功率時，SF等于1，否則SF等于實測圖像功率與估計場景功率的比值，其數學表達式如下：顯然，該值處于0~1之間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱正為，郭玉英，楚紅雨，周建江，
申請(專利權)人：西南科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51