基于图像特征的ISAR干扰效果评估研究

【摘要】基于ISAR图像特征，开展ISAR干扰效果评估指标方面研究，通过分析ISAR图像特性，从图像质量指标中寻求适用于评估ISAR干扰效果的指标。重点研究如何基于ISAR图像特性选择合理的评估指标。

【关键词】ISAR;图像特征;图像逼真度;图像可懂度

ISAR（逆合成孔径雷达）成像具有远距离、全天候、全天时工作等优点，在军事上具有十分广泛的应用。同时，以提高未来电子战中的电子对抗能力和战场生存能力为目的的ISAR干扰技术成为雷达界重要研究领域。而如何衡量具体的干扰方式对ISAR的干扰效果，目前尚未形成统一的评估标准，这在很大程度上限制了ISAR干扰技术的发展和突破。

ISAR图像是由目标辐射的后向散射能量作为二维空间函数构成的，ISAR以图像的形式提供观测、侦察信息，ISAR自身性能及各种干扰效果都会归结到ISAR图像上，故在此将干扰效果评估聚焦于图像特征，从图像质量的性能指标中寻求构建ISAR干扰效果评估指标体系的指标。

1 图像逼真度度量指标

在ISAR干扰效果评估中，图像逼真度可以理解为干扰后图像与干扰前图像的偏离程度，这里的“偏离程度”是笼统的刻画。下面将按点目标、面目标和全局目标的层次将ISAR图像逼真度概念用量化指标展开描述。

1.1  点目标逼真度度量指标

（1）空间分辨率

空间分辨率定义为点目标冲激响应半功率点处的宽度，分为距离分辨率和方位分辨率。空间分辨率体现了点目标的精细程度，虽然它的理论值在ISAR系统确定后是固定的，但受到某些干扰（如转发中的失真转发干扰）后，图像中的实测分辨率会发生变化。

（2）峰值旁瓣比/积分旁瓣比

峰值旁瓣比定义为点目标冲击响应的最高旁瓣峰值与主瓣峰值的比值，峰值旁瓣比的大小决定了强目标掩盖弱目标的能力。积分旁瓣比定义为旁瓣能量与主瓣能量的比值，它是局部图像能量对比度的衡量指标。

1.2  面目标逼真度度量指标

（1）轮廓失真度

面目标最基本的特征是轮廓边缘，所谓边缘是指其周围像素灰度有阶跃变化的像素集合。边缘是面目标形状最重要的特征。将现有的数字图像处理中轮廓提取及形状量化分析理论全面深入的用于ISAR图像的评估分析中，可以对图像效果做出评估。

（2）互相关系数

互相关系数反映出两幅图像之间的统计相关性。若干扰无效，那么干扰前后图像的相关系数为1;若干扰后图像完全不相关，则取零。系数越小，则表明干扰后图像整体偏离原图像的程度越严重，对原图像的干扰效果越好。通过分析互相关系数的取值，可以对ISAR图像经过干扰后的偏离程度或失真程度进行量化评估。

（3）均值/方差/等效视数

图像均值是指整个图像的平均强度，它反映了图像的平均灰度，即图像所包含目标的平均后向散射系数。图像方差代表了图像区域中所有点偏离均值的程度，它反映了图像的不均匀性。在灰度图中，等效视数表现了图像灰度的对比度，等效视数越大，图像的对比度越小，整体图像显得模糊不清。

（4）图像熵

根据香农的信息论，信息量撇开了事件发生的时间、地点、内容以及事件与人们的感情及人们对事件的反映，只顾及事件发生的状态数目及每种状态发生的可能性大小，这就使信息量有了普遍意义和广泛的适用性。在ISAR干扰中，ISAR图像在干扰前后的图像灰度统计特性会发生变化，即灰度概率分布发生变化，从而影响图像熵值。

1.3  全局逼真度度量指标

对于整幅的ISAR图像，除了可以用上述指标从各个角度评估全局的失真度量外，还可以借用识别算法对图像进行目标识别处理，从目标是否可识别的角度来评估ISAR图像干扰效果的优劣。同时也可以进行批次成像和识别处理，以识别概率和误识概率作为评估的指标。

在干扰试验中，对于同一场景和同一种目标识别算法，比较干扰前后识别概率和误识概率的变化，可评估干扰的有效性;对比不同干扰样式下的上述指标变化情况，可以评估干扰样式的优劣。

2 图像可懂度度量指标

图像可懂度表示图像能向人或机器供给信息的能力。对于图像可懂度的度量，在此仍沿用主观评价的思路，即该领域的专家根据经验和一些尺度对ISAR图像做出评估判断，但同时又对ISAR图像可懂度的内涵进行分解，即将主观评价的经验依据、尺度、标准展开分析，以期降低ISAR图像可懂度的人为因素的影响，使评价结论尽量客观。

2.1  压制式干扰下图像可懂度效果评估

压制式干扰下的可懂度度量问题，实质是对目标失真度或逼真度的度量问题。对于整幅ISAR图像，它可能是针对点目标成像，也可能是针对面目标。在限定干扰条件的情况下，对不同目标或同一目标的不同姿态分别成像，计算总体的识别概率，并以此作为该干扰条件下ISAR图像的可懂度度量。

结合以上这些影响可懂度的因素，可懂度的度量应先由专家讨论确定在一定失真范围内为完全可懂，根据图像失真的严重程度和正确识别的概率，给出一个可懂度。这里可以采用模糊评估中由模糊函数给出隶属度的方法。

2.2  欺骗式干扰下图像可懂度效果评估

欺骗式干扰的效果在于通过干扰产生虚假目标或虚假背景，从而分散甚至转移对真实目标的关注，或者造成对场景的理解、判读出现错误，以达到影响可懂度的目的。所以，对欺骗式干扰可懂度的度量，不像压制式干扰那样直接测量目标失真度即可实现，它涉及到了迷惑战术等更多主观因素。

对于欺骗式干扰的策略评估，可从两个方面进行评价：一是假目标位置分布的融合性;二是假目标在ISAR图像中的灰度和谐性。从这两个方面出发可建立ISAR欺骗式干扰策略评估方面的指标，分别命名为“位置分布”和“灰度和谐”，而对于这两项指标的获取，仍可采用专家打分的方法。

3 结束语

图像逼真度和可懂度是图像质量的两大方面，前者侧重于干扰前后的相对差异，后者侧重于对图像本身的理解，两者能比较全面的涵盖ISAR图像质量的评价要素。同时，ISAR的干扰效果评估受多种因素的影响，如果片面地根据一两个指标就得出评估结论是不够完善的;同时，如果评估过程较多的依靠人（专家）的主观因素，缺乏严密的数学推导的支持，得到的评估结论说服力也是不强的。在确立ISAR干扰效果评估的指标体系后，利用数学方法构建模型，可以实现对特定的评估场景进行较为全面的、有侧重点的评估考察。

参考文献：

[1]张孝乐，李立萍，杨晓波.基于图像质量指标的SAR干扰效能评估研究[J].电子对抗，2005（6）：23-25.

[2]王建国，邱会中，黄顺吉.合成孔径雷达图像质量的评估指标[J].电子科技大学学报，1992（10）：485-490.

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