基于小波變換的雷達圖像處理

宋廷　李偉　于蕾

摘 要

在利用雷達系統探測目標的時候，其關鍵功能就是利用信號進行目標檢測，而這方面的功能對于雷達的數據處理是最關鍵的部分，也就是對于雷達探測目標而言，一定要具備其完備的數據處理系統。信號的目標檢測不僅可以提高其探測能力，同時也可以提高其性能。隨著行業的快速發展，小波變換理論收獲諸多成績，在圖像處理以及數據壓縮等方面得到了非常廣泛的應用。本文主要是針對雷達系統在進行數據處理的過程中，涉及的圖像處理的相關功能進行探究，例如：去噪、檢測邊緣以及增強等方面。這項研究對日后圖像處理以及數據處理意義深遠。

【關鍵詞】圖像處理 增強 邊緣檢測 小波變換

在當今社會的快速發展中，應用數學的應用范圍越來越廣泛，對于小波的分析是應用中的典型。本章中對于小波變換的分析主要是應用到雷達對于圖像進行處理方面的一個研究，是在頻率域中對一些信號進行分析，通過不同的頻率分別對所產生信號的元素進行分析、探究。為了能夠獲取有效信息，可以分別在信號高頻和低頻部分進行分辨，高頻時可以獲取時間精確的分辨率，而低頻時可以獲得頻率精確的分辨率。小波變換的算法是一種利用 Mallat為基礎的算法，小波可以將信號進行分解，同時也可以將觀測信號進行分解，其他信號進行重構，進而獲取噪聲的觀測信號，另外，通過擴大放大的倍數，就可以觀測到更為小的信號，精度更加精確。

1 實現雷達的數據處理所需的必要條件

在雷達系統中，其信號處理系統作為其關鍵部位，能夠對圖像增強以及目標檢測發揮重要作用，不僅能夠提供非常多的信息，還能有助于進行目標檢測。雷達信號處理系統的核心就是數字處理器，簡稱DSP，它不僅可以大幅提升雷達性能以及處理的可靠性，也可以讓體積縮小，功耗降低。為了滿足當前科技迅猛發展的速度，雷達系統的發展目標為功能性強、適應性高以及模式種類多。由數字信號處理器組成的系統側重于編程，因為這樣就可以將信號進行處理，而DSP的特點是高速、低功率、能夠編程等優勢，這恰好體現了雷達系統的發展目標。雷達系統的功能性多樣，可以對目標的位置以及參數進行測定，而且還能有助于分析其威脅程度，然后將信息傳遞到信息中心。雷達系統的硬件設計復雜程度低，從而促進其兼容性和靈活性。

2 簡述雷達信息處理系統的工作原理

在雷達信息處理系統進行工作的時候，第一步要進行采集和存儲雷達回波，要采用數字化的形式進行，然后再抑制雜波的實施，第三步是錄入視頻數據，將數據傳遞給計算機，最后進行跟蹤顯示。對于雷達系統來說，信號處理的基礎是雜波抑制和雷達回波信號，作用非常重要。雷達系統工作的前提就是利用雜波抑制來處理回波中的雜波，核心是利用A/D轉化雷達輸出的回波信號，并且要完成二維存儲，保證距離和方位正確。

3 雷達信號和小波變換所產生的雷達圖像

雷達信號容易受到干擾，大多來自雜波，比如雨雪、內部的噪音以及同頻干擾等等因素干擾。針對以上的這種問題，可以提前對進行進行有效提取，在進行信號分析。以往的手段是利用帶通或是低通的濾波器，為了對信號的變化進行分析，可以利用傅立葉來進行分析，主要是把信號反映到頻域之中再進行分析，這樣的話，不能講噪聲和高頻進行有效的區分，同時，信號的位置也會變得模糊。而小波分析主要的作用就是，將信號突變和噪聲進行有效區分，這樣就可以對此進行廣泛的推廣，再借助雜波的尖銳性，為保證雜波抑制信號也能夠保持該特性，不讓信號的小目標出現被平滑的情況，在雜波抑制的時候，通常用硬閾值的辦法處理問題。所以在理論和仿真實驗的時候，對硬閾值的處理會比對軟閾值的處理手段好，同時以往的預處理手段雖可以體現圖像信噪比以及空間分辨率二者間的矛盾，但其低通濾波平滑了噪聲亦使其邊緣變得模糊，而高通濾波雖可增強邊緣卻能導致噪聲被放大。增強技術雖不可豐富圖像數據所包含的信息，但能夠顯現出一些特定的特征，從而能有效克服視覺模糊以及圖像對比度不足等缺陷，使得處理以后的信息更方便目標識別，這對特定的應用而言也十分有利。通常而言，圖像增強的目標是提升其視覺的效果。有兩種較好的方法能夠獲得良好的效果，分別是頻域濾波和空域濾波，但是在增強圖像的時候，大多會出現較嚴重的負反應。結合對不同位置的需求，在方向上系數的值會在分量的有所不同，以使某些有用的分量被放大而某些不太需要的分量會減小。通過這種方式能夠最大限度消除負面。故而，在進行圖像增強的時候，需要將圖像的邊緣和噪聲進行有效區分，然后按照實際需求來增強圖像的邊緣細節。但是這些功能的實現，可以借助一些功能比較強大的函數來實現如上，進而來實現圖像增強和去噪的工作。

4 結論

總而言之，在處理雷達圖像的時候，可以運用小波變換的邊緣提取的這種算法，利用編程語言編程來完成實現。在將來的發展中，還會隨著科技以及研究的深入，圖像處理技術不斷的得到優化、改進，運用小波變換進行圖像邊緣檢測的理論也必將會不斷進步。文章中通過對比能夠發現，我們采用小波和形態學相結合的這種算法，可以對邊緣加以增強，即便是在較大噪聲的干擾下，同樣可以看見清晰、準確以及連貫的圖像。

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作者單位

1.哈爾濱工程大學 黑龍江省哈爾濱市 150001

2.中國人民解放軍94503部隊 山東省濟南市 250117