基于微分相位对比的W波段合成孔径雷达道路碎片检测方法

《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》：Road Debris Detection Using Differential Phase Contrast in W-band SAR

　　

摘要：

道路和机场跑道上的碎片会造成严重危害，因此需要进行可靠的监测。各种传感器，如摄像头、LiDAR和雷达，已被用于碎片检测，其中基于77 GHz频率调制连续波（FMCW）雷达的W波段合成孔径雷达（SAR）系统引起了越来越多的关注。然而，小尺寸和低雷达反射率的道路碎片很难检测到，因为在SAR强度图像中它们与背景无法区分。在本研究中，我们提出了一种基于微分相位对比（DPC）的道路碎片检测方法。DPC表示升起的碎片与周围地面之间的微分相位对比。由于这种对比源于高度差异，基于DPC的检测方法比传统的基于SAR强度的检测方法对目标与背景的强度对比依赖较小，从而提高了低雷达截面（RCS）碎片的可分离性。我们构建了一个用于道路碎片检测的W波段SAR系统，并提出了一种结合微分相位检测与SAR强度检测的基于DPC的检测框架。在七种不同材质和形状的碎片上进行了检测实验，包括低RCS碎片。与传统的基于SAR强度的方法相比，提出的基于DPC的检测框架的精确率、召回率和F1分数分别为77.78%、100%和87.50%，分别提高了69.94、42.86和73.71个百分点。碎片区域的微分相位表现出平均对比信噪比（CNR）为3.135，比强度图像高2.829，证实了由高度引起的DPC提供了明显更强的目标与背景对比。这种增强的对比度使得在实验条件下能够可靠地检测低RCS道路碎片，证明了其有效性……

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