武汉大学孙洪教授团队：适用于合成孔径雷达图像处理的新技术

来源：赛杰奥

与光学图像的研究和分析相比，合成孔径雷达图像处理和信息解译的水平还有很大的差距，有待研究和开发适合于合成孔径雷达图像特点的专门技术。

《合成孔径雷达图像信息解译与应用技术》一书正是针对上述要求编写的一本专著。该书由武汉大学孙洪教授主持撰写，是对她的科研团队20 年来在合成孔径雷达图像解译方面研究成果的一个提炼。她和她的科研团队在合成孔径雷达图像蕴含的地物散射特征，及其特征的提取和应用技术方面坚持了20 多年的深入研究，提出了若干适用于SAR 图像信息分析的新方法和适用于SAR 图像信息解译的新技术。

我国合成孔径雷达的发展方兴未艾，在大力推广应用的同时，对合成孔径雷达图像的后处理和解释作深入研究，从合成孔径雷达图像获取更多有价值的信息，对发展国民经济和国防事业来说都具有重大意义。

愿该专著的出版能对提升我国合成孔径雷达图像资源的应用能力起到重要作用。

保 铮 谨识

2019 年4 月27 日

于西安电子科技大学

30 年来，我国对合成孔径雷达(SAR)的研制给予了大量的投入，在获取SAR 数据方面有了很大发展。目前进入了提升我国合成孔径雷达资源应用能力的重要阶段，而应用能力的增强依赖于合成孔径雷达图像解译技术的支撑。这样的需求正是撰写《合成孔径雷达图像信息解译与应用技术》一书的动力。

这30 年内，陆续出版了一些经典的合成孔径雷达的专著，论述了合成孔径雷达的成像原理，描述了各种机载和星载合成孔径雷达的性能。本书则从合成孔径雷达图像数据出发，着重论述其信息解译的基本原理和实用技术。

在提高合成孔径雷达资源应用能力的意义上，合成孔径雷达图像信息解译技术主要包括：①分析合成孔径雷达数据特性；②提取数据中的地物特征；③构建利用地物特征信息的应用系统。本书从上述三个层面展开论述合成孔径雷达图像信息解译的理论、方法和应用技术。 

1. 合成孔径雷达图像数据分析

论述合成孔径雷达图像数据的统计特征(第2 章)及其反映地物目标的极化特征(第3章)，以及这些特征的分析方法。

2. 合成孔径雷达图像处理方法 

针对SAR 数据的统计特征和极化特征，论述合成孔径雷达图像的自动解译技术，包括相干斑滤波(第4 章)、特征提取(第5 章)和分类方法(第6 章)。

其中详细论述了我们提出的适用于合成孔径雷达图像处理的新技术：

(1)多系统Turbo 迭代滤波方法(Sun et al.，2003)。提出用两个准互补的简单滤波器以Turbo 迭代的方式对于乘性模型的相干斑进行滤波，比一个高度复杂的滤波器更为有效和实用。

(2)稀疏域子空间分解方法(Sun et al.，2017)。针对带有强斑点噪声又带有细节信息的复杂场景SAR 图像，提出在稀疏域进行子空间分解。相比常规的时频域子空间分解以及基于稀疏域滤波和分类更为有效和实用。

▲ 随机森林用于SAR 图像地物提取

(3)可区分性字典学习分类方法(桑成伟，孙洪，2017)。利用SAR 图像的大数据特点，提出适合于多极化SAR 数据的字典学习模型，提取具有很高区分性的本质特征，可大大提高SAR 图像分类及其目标辨识的精度和实用性。

3. SAR 图像解译应用系统

论述两个自主开发并业已实用的SAR 图像解译系统：信息可视化系统(第7 章)(殷慧，孙洪，2010)和目标检索系统(第8 章)(孙洪，2010)。利用上面第2 部分所述的SAR图像处理技术，同时利用视觉特性和人机交互技术，构成两个SAR 图像解译平台，实际经历了地物目标搜寻、目标识别、变化检测等重要应用。

▲ 利用检索平台得到的土地利用现状的四类分类图

在合成孔径雷达图像解译领域，我们经历了整整20 年的研究工作。从预先研究到实用技术研制，从理论研究到应用平台研制，我们承担并完成了近20 项国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展计划(863 计划)项目和国家重要的应用平台项目。在这期间，我们得到了国内外专家的帮助和支持。

本书在我们多年积累的研究成果和学术、学位论文的基础上，提炼出实用于SAR 图像信息解译的技术，系统地论述其原理和方法。本书的出版得到国家自然科学基金(项目编号：61771014)的资助。

作者特别感谢保铮院士为本书作序。他将毕生精力贡献给雷达和信号处理方面的研究和工程实践，他治学严谨，学术造诣深厚，被誉为“中国雷达之父”。在此，谨以本书向保铮院士表示我们崇高的敬意！

孙 洪

2019 年5 月

于武汉大学电子信息学院

本文摘编自《合成孔径雷达图像信息解译与应用技术》（孙洪等著. 北京：科学出版社，2020. 2）一书“前言”“序”，有删减，标题为编者所加。

(空间微波遥感研究与应用丛书)

ISBN 978-7-03-064421-3

责任编辑：彭胜潮

本书系统地论述了合成孔径雷达图像解译方法及其应用技术。全书由三部分组成。第一部分论述合成孔径雷达图像的统计特征和极化特征，这些特征是构成有用信息的基础。第二部分论述合成孔径雷达图像信息处理的原理和方法，重点论述三个关键技术：相干斑滤波、特征提取和图像分类。第三部分论述两类实用的合成孔径雷达图像应用系统：人机分工方式的目视解译系统，其中关键技术为特征降维；人机协同方式的目标检索系统，其中关键技术为目标识别和相关反馈。书中还呈现了作者长期研究的若干创新成果和应用实例。本书对从事合成孔径雷达图像解译的研究人员是一本具有系统性的教材，对从事合成孔径雷达图像应用的工作人员是一本具有可操作性的参考工具书。

 （本文编辑：刘四旦）