基于最大信息量的高光谱遥感图像无监督波段选择方法

提出一种基于最大信息量的高光谱遥感图像无监督波段选择方法.该方法以在所选择的波段中保留原数据中所包含的最大信息量为目标,并采用逐个移除波段的方式来实现.算法使用K-L散度来定量表示信息量的大小,并通过信息量在整个数据集中的分布情况来决定所移除的波段.与传统方法相比,具有物理意义明确、计算过程简单的优点,同时还能够完全自动地完成任务,实现无监督的波段选择.

一种实验室合成孔径雷达对目标散射的成像试验

基于实验室微波暗室构建的多极化雷达移动平台,在实验室内模拟合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)对目标模型的散射成像.雷达系统发射线性调频连续波,通过基于分数Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的SAR成像算法处理,在距离向和方位向分别进行快速傅里叶变换(Fast FourierTransform,FFT)和特定阶次的FRFT,把回波信号在两个方向上同时近似地压缩为脉冲函数.系统以匀速平移雷达可以不同入射角正侧视一坦克模型目标,获得全极化SAR成像,并采用三面体角反射器进行散射截面的定标.进一步地,用FEKO数值仿真软件验证了散射成像的实验结果.

基于波段聚类的高光谱图像波段选择

为使无监督的波段选择能够更好地保留高光谱图像的信息,提出一种基于波段聚类的高光谱图像无监督波段选择方法.首先,计算高光谱图像各波段间的互信息,以此衡量各波段间的相关程度;然后,根据各波段间的互信息,对波段集合进行聚类;通过迭代使得各波段分组自动地聚集在信息量较大且具有代表性的波段周围,直到各聚类中心不再变化,则聚类结束.通过波段聚类过程保证了冗余波段的去除和有用信息的保留,最后,以各聚类中心波段作为所选的波段组合.实验结果证明,与传统方法相比,使用文中的方法选择波段,能够更有效地保留光谱信息,得到更高的分类精度.

基于推广的IHS变换和压缩传感的遥感图像融合

为了提高全色图像和多光谱图像的融合图像的质量,提出一种基于推广的intensity-hue-saturation(GIHS)变换和压缩传感的遥感图像融合方法.首先对低分辨率多光谱图像作GIHS变换得到低分辨率的亮度分量;然后在低分辨率的亮度分量、全色图像和理想的高分辨率亮度分量之间建立压缩传感模型;再利用压缩传感理论恢复出理想的高分辨率亮度分量,并用其代替GIHS变换方法中的全色图像,得到最终的融合图像.高分辨率亮度分量的应用,使得融合图像的光谱失真问题大为改善.以Geoeye-1和QuickBird卫星数据为例的实验结果表明,与传统方法相比,文中方法不仅能够提高多光谱图像的空间分辨率,而且对光谱信息的保持也具有更好的效果.

基于图像欧氏距离的高光谱图像流形降维算法

提出两种基于图像欧氏距离的非线性降维方法.该方法利用高光谱图像物理特性,将图像欧氏距离引入到传统的流形降维算法中.与其它应用于高光谱图像的降维算法相比,该算法具有诸多优点.图像欧氏距离的引入,在考虑高光谱图像本身的空间关系的同时,很好地保持了数据点之间的局部特性,可以实现有效地去除原始数据集光谱维和空间维的冗余信息.实际高光谱数据的实验结果表明,该算法应用于高光谱图像分类时,与其它常见的方法相比具有更高的分类精度.

基于高阶矩函数的雷达目标微动参数估计方法

提出了一种适用于窄带雷达信号的微动参数快速估计方法.该方法首先对目标回波信号进行混频处理,并去除直流分量后计算高阶矩函数,通过检测不同时延下高阶矩虚数部分傅里叶变换累积结果的峰值位置,可快速获得目标部件的旋转频率.然后结合串行消除的方法实现对旋转半径和初相的快速准确估计.最后,仿真验证了该方法的有效性.

基于随机共振理论的双基ISAR弱信号提取及成像分析

在双基地逆合成孔径雷达成像系统中,针对强背景噪声中的目标弱散射点探测和识别问题,基于能捕获目标强散射点的假设前提,提出了应用随机共振理论的弱散射点检测方法.首先对作解线调后的回波信号进行快时间轴变换处理,并对处理后的信号进行二次采样使其满足绝热近似条件;然后应用随机共振技术检测出代表瞬时距离差的弱周期信号频率,并通过循环检测和正负频率判断等后续处理提高系统的检测信噪比以及确定弱散射点的正确位置.最后对随机共振性能和双基ISAR成像进行了仿真.结果表明:随机共振能大幅提高弱周期信号的输出信噪比,应用在双基ISAR系统中能有效提高系统的信噪比增益和扩大雷达接收机的动态范围.

基于高阶矩函数的宽带雷达微动特征提取

雷达目标部件的旋转运动引起的微多普勒效应为目标精确识别提供了新的技术途径,近年来获得了广泛研究。该文以含旋转部件目标为例,提出一种基于高阶矩函数的宽带雷达微动特征快速提取方法。首先对经参考信号共轭相乘后的旋转散射点回波信号进行了分析,并得到了其关于不同快时间及慢时间的高阶矩函数,然后,通过检测该函数虚部傅里叶变换累积结果的峰值位置,实现了目标部件微动特征的快速提取。仿真实验验证了该方法的有效性。

卡车目标遮挡效应建模及微多普勒特征分析

微多普勒是微动目标独特的特征,车轮旋转的微多普勒是卡车目标的重要特征,可为卡车的识别研究提供依据。首先基于散射点模型,结合卡车和雷达的位置关系,采用画家算法对卡车进行遮挡效应建模;其次,建立了卡车微动模型,分析了卡车运动时非旋转散射点多普勒及轮毂旋转散射点微多普勒随方位角、掠地角、速度和加速度的变化规律,为卡车微多普勒特征提取及识别研究打下基础。仿真验证了该方法的有效性和理论分析的正确性。

基于低秩张量分析的高光谱图像降维与分类

提出一种用于高光谱图像降维和分类的分块低秩张量分析方法.该算法以提高分类精度为目标,对图像张量分块进行降维和分类.将高光谱图像分成若干子张量,不仅保存了高光谱图像的三维数据结构,利用了空间与光谱维度的关联性,还充分挖掘了图像局部的空间相关性.与现有的张量分析法相比,这种分块处理方法克服了图像的整体空间相关性较弱以及子空间维度的设定对降维效果的负面影响.只要子空间维度小于子张量维度,所提议的分块算法就能取得较好的降维效果,其分类精度远远高于不分块的算法,从而无需借助原本就不可靠的子空间维度估计法.仿真和真实数据的实验结果表明,所提议分块低秩张量分析算法明显地表现出较好的降维效果,具有较高的分类精度.

卡车目标微多普勒建模及特征提取

基于三维散射点模型,在窄带线性调频信号体制下对卡车目标进行回波建模,分析并推导了车身主体散射点的多普勒和轮毂旋转散射点微多普勒的数学表示.利用两者的差异,有针对性地设计了单频和正弦调频原子集.设置相应的阈值门限,提取出慢时间-距离平面能量较为集中的距离单元,并对其进行匹配分解,快速提取了卡车车轮旋转的微多普勒特征,为卡车目标的识别研究提供了依据.仿真验证了该方法的有效性和稳健性.

FM-CW雷达系统在本科教学中的应用

为使大学本科生在学习"遥感原理与技术"时理论联系实际,笔者在该课程教学过程中,结合所在实验室所搭建的调频-连续波(FM-CW)雷达系统,详细讲述系统硬件构成、工作原理与信号处理算法;并以本系统为例,讲解合成孔径雷达(SAR)成像技术。教学实践结果表明,该方法能有效提高学生对SAR成像原理与方法的认识。

基于单形体几何的高光谱遥感图像解混算法

提出一种新的基于单形体几何的高光谱遥感图像混合像元丰度估计算法.该算法的目标是在已知端元矩阵的基础之上,估计高光谱图像中各个观测像素点中每个端元的丰度.根据凸几何理论,基于线性混合模型的高光谱解混问题可以看成一个凸几何问题,其中端元位于包含整个高光谱数据集的单形体的顶点,而它们对应的重心坐标则可以看作各个观测像素的丰度.提出的方法由3部分组成,分别为基于单形体体积的重心坐标计算方法、距离几何约束问题和基于内点的单形体子空间定位算法.与其他基于单形体几何的算法相比,该方法具有诸多优点.Cayley-Menger矩阵的引入使得欧式空间上的运算转化为距离空间上的运算,在降低运算复杂度的同时很好地兼顾到数据集的几何结构.而且,单形体重心的使用确立了一种快速而精确的判断方法来确定观测像素所属的子空间,进而利用递归的思想得到丰度值.此外,算法核心仅仅涉及观测点与端元之间的距离,而与波段数无关.因此,该算法无须对数据执行降维处理,从而可以避免因数据降维而造成的有用信息的丢失.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法与同类其他优秀的算法如FCLS和SPU相比,具有更高的运算精度,同时在端元数目较小时具有较快的运算速度.

中国风云二号SVISSR传感器热红外波段与AIRS/Aqua的交叉辐射定标

对高光谱卷积法进行了改进,实现了卫星影像之间的亚像素匹配和粗差的剔除,对搭载在中国"风云二号"(FY-2)C、D和E星上的伸展的可见光和红外自旋转扫描辐射计(SVISSR)的两个热红外波段IR1(～10.9μm)和IR2(～11.9μm)与搭载在Aqua卫星上的大气红外探空仪(AIRS)高光谱波段进行交叉辐射定标。基于SVISSR/FY-2和AIRS/Aqua对地观测的几何特性,选取研究区域覆盖41.5°～149.5°E、10°S～10°N的范围,利用该研究区域2006年12月、2007年9月和12月、2009年9月和2010年5月的SVISSR/FY-2标称数据和AIRS/Aqua红外1B数据,在同地点、同一天太阳天顶角之差的绝对值小于2°、观测天顶角之差的绝对值小于3°和相对方位角之差的绝对值小于6°的匹配条件下,提取匹配的观测点对,然后对匹配观测点对进行回归分析,得到交叉辐射定标系数。结果表明:SVISSR/FY-2波段观测值与卷积得到的AIRS/Aqua观测值之间高度线性相关,且SVISSR/FY-2的两个热红外波段相对于AIRS/Aqua波段存在定标偏差。并给出了交叉辐射定标系数。

SIMO线阵列雷达对三维复杂目标电磁散射的仿真与立体重构

提出单输入多输出(SIMO,single input and multiple output)频率步进线阵列下视雷达对一复杂电大三维体目标的电磁散射数值模拟、成像、及其几何特征重构.下视聚束模式的线阵列频率步进雷达SIMO运动合成二维平面孔径,获取包含幅度与相位的散射矩阵;用双向射线解析跟踪方法(BART,bidirectional analytic ray tracing method),数值模拟计算双站极化散射矩阵.通过距离徙动算法(RMA,range migration algorithm)获得三维分辨图像,实现三维目标几何特征的重构.计算个例给出了粗糙地面上坦克目标模型的散射、成像与重构.同时,又采用FEKO软件的物理光学(PO,physical optics)计算简单体目标散射场及其成像重构作为验证与比较,论证了本理论方法可行与准确高效的良好性能.

基于张量分析和小波包变换的高光谱图像压缩

高光谱图像拥有巨大的数据量,造成其保存和传输非常不便,因此高光谱图像的压缩显得尤为重要.提出一种基于张量Tucker分解和小波包变换的高光谱图像压缩算法.首先,该算法利用Tucker分解的性质,充分提取高光谱图像中各个模式下的信息,并利用其中包含有空间信息的光谱模式对高光谱图像的光谱维进行解相关.然后,运用比经典Mallat小波分解更为有效的小波包变换对光谱去相关后保留下来的主成分进行JPEG2000压缩.实验结果表明,本算法压缩性能远远好于经典的三维小波算法,并且由于张量分解的应用,不论在码率失真表现还是信息保真度上,本算法均比基于一维主成分分析的高光谱压缩算法更具优势.

基于鲁棒估计的遥感图像融合方法

提出一种基于鲁棒估计的遥感图像融合方法.该方法首先建立了高分辨率的多光谱图像到低分辨率的多光谱图像和高分辨率的全色图像之间的观测模型,然后在最大后验概率框架下引入鲁棒估计以增强估计的鲁棒性,最后利用阶段非凸和逐次超松弛方法实现了低分辨率的多光谱图像和高分辨率的全色图像之间的融合.鲁棒估计的引入,大大减小了观测噪声对融合结果的影响,而且省去了目标函数中的正则项,使得融合过程更加简单方便.以QuickBird卫星数据为例的实验结果表明,与其他几种常见方法相比,本方法不仅能够提高多光谱图像的空间分辨率,对光谱信息的保持也具有更好的效果.

抑制WLAN信号干扰的超宽带滤波器设计

介绍了一种具有抑制WLAN信号干扰功能的小型超宽带滤波器的结构设计.滤波器的通带频率范围为2.8～11.8GHz,相对带宽约为123%.设计中采用缺陷地结构(DGS)实现高频处的带外抑制,在12.3～30GHz的范围内带外抑制达到15dB以上.通过加入折叠耦合臂结构,在5.38GHz处产生阻带,实现滤波器的陷波功能,陷波阻带带宽为0.4GHz.该滤波器结构紧凑、性能优越,实际测量结果与仿真结果吻合良好.

FY-3B MWRI在轨辐射校准及其对旱涝灾害监测应用

根据中国风云气象卫星FY-3B MWRI与近年在轨业务运行的Aqua卫星AMSR-E的技术参数,基于晴空大气辐射传输模型的模拟,分析了技术参数入射角等对辐射亮度温度Tb(Brightness temperature)的影响。以此依据,对AMSR-E原始多通道Tb数据进行入射角修正。采用二次多项式拟合方法,用入射角修正后的AMSR-ETb数据对FY-3B MWRITb数据进行各通道的辐射校准,并进行了数据对比。基于辐射校准后的FY-3BMWRI各通道Tb特征,用极化与散射特征指数,对2011年长江流域两湖地区的连续发生的干旱、降雨、水涝灾害等进行了评估与分析,并与AMSR-E的对应结果及地面观测站的记录结果进行了一致性的比较。研究表明,这些分析结果与地面观测记录比对的结果是一致的,FY-3B MWRI可以有效地监测旱涝灾害。

“嫦娥一号”对月球新生环行山表面热辐射“热点”与“冷点”昼夜变化的观测

20世纪60年代由地基观测的月球表面红外辐射扫描图像发现月蚀过程中月表面有大量的异常"热点",而在"嫦娥一号"(CE-1)对月球表面微波辐射亮度温度(Tb)观测中,这些红外辐射"热点"的地方恰是夜间微波热辐射的"冷点".本文以辐射传输理论分析,解释了这些热辐射昼夜变化很大的异常现象.为比较月表面昼夜辐射温差的变化,选取了在相近纬度上两种典型的环形山区域:一是表面有大量离散岩石块分布的代表新生的环形山(第谷Tycho Crater),另一是经历了长期陨石冲击粉碎与月质演变的不再有大量岩石块分布的老年环形山(莫洛利卡斯Maurolycus Crater).给出了这两环行山区域的CE-1微波Tb数据的昼夜变化,并与美国2009年月球轨道勘测器"先知者"(Diviner)探测对应的红外辐射做了对比.以月表3层模型的辐射传输为基础,从CE-1Tb数据反演了该两区域月壤介质层物理温度的昼夜变化及其分布将月表面物理温度昼夜变化与红外观测结果做了比较.可以看出,月表面热辐射与物理温度的昼夜变化分布,及其"热点"与"冷点"的变化与月表面新生环形山大量分布的高热传导高热惯性岩石块丰度(abundance)分布密切相关.