基于SAR仿真图像的地面车辆非同源目标识别

充分的合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)模板数据是目标识别算法(尤其是基于深度学习的智能目标识别算法)获得优异识别性能的关键, 基于实际测量获取充分SAR数据是不现实的, 基于电磁散射建模的SAR仿真成为当前获取充分样本的一种有效途径。SAR仿真图像与实测图像为非同源数据, 由于SAR仿真的目标几何模型与实物之间差异、SAR仿真过程中的传感器模型与实际传感器性能之间差异、实物所处的背景环境与SAR仿真的环境之间差异、电磁建模方法本身误差等因素导致SAR仿真图像与实测图像存在差异, 会影响识别性能。针对这一问题, 首先采用一种基于高频渐近技术和离散射线追踪技术的SAR仿真方法获取地面车辆目标的SAR仿真图像, 再利用卷积神经网络方法、线性/非线性特征变换方法实现对MSTAR实测数据的非同源SAR目标识别性能对比分析。实验结果表明, 直接使用SAR仿真数据无法实现对实测SAR数据有效识别, 而线性/非线性特征变换可以改善非同源SAR目标识别性能, 一定程度上缓解由于SAR仿真数据与实测数据存在差异导致的识别性能差的问题。     

船舶尾迹SAR成像仿真与散射特性分析

分析船舶尾迹后向散射特性,可以进一步理解合成孔径雷达(SAR)图像上尾迹的雷达特征。基于双尺度法(TSM)给出了一种分析船舶尾迹微波后向散射特性的简化数值计算模型,并提出将尾迹海面波高函数用于模型的计算。同时得到尾迹的成像仿真结果。结果表明,探测参数对船舶尾迹散射特性与对无尾迹海面散射特性的影响是一致的。通过与海上试验得到的SAR图像比较,进一步分析和验证了雷达视向与船舶航向夹角的变化对尾迹散射特性的影响。     

基于FDTD的高保真SAR回波信号仿真方法

针对传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)回波仿真算法忽略目标散射特性在观测时间内随方位角度和信号频率变化这一问题,提出一种基于时域有限差分方法(finite--difference time-domain method, FDTD)电磁散射计算的SAR原始回波数据生成方法,在此基础上提出了基于服务器的并行仿真策略及流程。该方法利用FDTD算法及后续仿真处理精确模拟了SAR系统线性调频脉冲信号从卫星传感器发射后,与场景目标发生相互作用,再被SAR系统传感器接收并生成原始回波数据的全部物理过程,从而得到高保真的SAR原始回波数据。最后,通过典型目标时间谱与空间谱的仿真对比实验及最终成像结果证明了本文所提算法的正确性及有效性。     

基于改进R-FCN的SAR图像识别

由于深度学习在目标识别方面取得了显著的成绩, 为提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像目标识别的精度与速度提供了新的思路。本文将区域全卷积网络(region-based fully convolutional networks, R-FCN)结构应用于SAR图像目标识别中, 取得了良好的效果。对于数据集较小和数据相似度较高的问题, 提出了基于迁移学习的R-FCN模型用于SAR图像目标识别。对更快的区域卷积神经网络(faster region convolutional neural networks, Faster R-CNN)和R-FCN进行模型训练及优化, 并与所提出的基于迁移学习的改进R-FCN模型实验结果进行对比。结果表明, 所提方法对SAR图像具有更好的识别效果和更快的识别速度。     

战斗机载火控雷达地图测绘仿真算法研究

提出了一种通用的仿真算法实现了现代战斗机载火控雷达RBM,DBS和聚束SAR三种地图测绘功能用于模拟训练。鉴于训练的实时性要求和逼真性仅限于飞行员目视观察,该算法采用近似仿真手段,首先利用小面单元模型计算雷达波束照射范围内的地面场景后向散射系数,并将其映射到距离-方位平面上,然后对映射结果进行阴影、掩叠、噪声等雷达图像特征的融合,最后将融合结果与成像过程中引入的系统传输函数进行卷积得到仿真图像。该算法成功应用于GL Studio仪表仿真软件的二次开发,扩展了GL Studio图像仿真功能。实验结果和软件试用情况表明通过该算法得到的雷达仿真图像能够满足部队模拟训练需求。     

基于高频方法分析电大尺寸目标的散射

采用物理光学法及其改进方法分析电大目标的雷达散射截面。作为对物理光学方法的修正,采用等效电磁流法计算了物体棱边绕射场的贡献。由于电磁波在腔体内存在多次反射,物理光学方法对于腔体的电磁散射问题给出的结果误差较大。为此,可以采用迭代物理光学法和弹跳射线法计算腔体散射。分别采用迭代物理光学法和弹跳射线法方法计算了腔体电磁散射,并且对迭代物理光学法与弹跳射线法方法的优缺点进行了对比。最后,提出利用图形处理器加速弹跳射线法方法的射线追踪部分,实现了弹跳射线法方法的有效加速。数值结果表明上述方法是有效的。     

基于SNIC的双时相SAR图像超像素协同分割算法

针对面向区域的合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像变化检测方法中存在的双时相图像边缘和空间对应关系不一致的问题, 提出了一种基于简单非迭代聚类(simple non-iterative clustering, SNIC)的双时相SAR图像超像素协同分割算法。首先, 构造一幅包含双时相SAR图像特征的融合图像, 计算待处理像素点到聚类中心的像素强度相似度和空间距离相似度。其次, 采用一种高效的多尺度弱边缘检测算法, 对双时相SAR图像分别进行边缘检测并融合边缘检测结果。最后, 将像素强度相似度、空间距离相似度和边缘信息进行加权以替代原始SNIC算法中的距离测度, 实现对SAR融合图像的超像素分割, 得到与双时相SAR图像中真实地物边缘均贴合的协同分割结果。基于一组仿真和一组实测双时相SAR图像的超像素协同分割实验结果表明, 该算法的边缘贴合率、欠分割误差和可达分割准确率均优于其他7种经典方法。     

基于模糊综合评判的车辆目标SAR仿真图像评估方法

为了验证理论建模计算合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)仿真图像的准确性,给出基于层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)、模糊综合评判(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)、图像特征与Fisher可分性及目标识别等知识综合的车辆目标SAR仿真图像评估方法。首先确定五级评语集{优秀,良好,中等,较差,很差},然后根据AHP构建评估因素集,分别利用Fisher可分性判据和目标识别率确定二级FCE的两层权重向量,再依据图像相似度评价标准区间构建模糊隶属函数,最后将权重向量和模糊关系矩阵合成计算出仿真和实测图像的FCE结果,即模糊向量,对模糊向量按照最大隶属原则给出评价结果。通过对车辆目标的仿真与实测SAR图像进行比对分析结果显示,该方法可以准确客观地反映出SAR仿真与实测图像之间的相似程度。     

航天视景仿真特殊效果图形生成技术

深入分析了航天视景仿真中火、云、烟、雾霾等特殊效果图形生成三种通用的方法；纹理映射、粒子系统、分形图像生成，并对其进行详细的比较分析，此外还进一步介绍了纹理映射中采用的Billboarding和体绘制技术。     

基于高斯字典原子稀疏表示的高精度宽角SAR成像方法

为了提高从宽角合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中提取目标后向散射各向异性特性的性能,在宽角SAR字典稀疏表示模型的基础上,提出一种基于高斯字典原子的高精度宽角SAR成像方法。在字典构造上,采用不同中心位置、相同方差的高斯函数。在求解稀疏表示系数上,采用广义最小最大凹惩罚稀疏重构算法求解。最后，根据稀疏表示系数的重构结果以及构造的字典得到目标的后向散射各向异性特性。通过仿真实验和Backhoe数据对算法进行验证,结果表明,该方法能够高精度地提取目标的后向散射各向异性特性。     

HLA仿真中基于动作语义原语的三维模块化方法

在基于HLA(High Level Architecture，高层体系结构)的仿真应用中，为了提高系统的可扩展性和可重用性，我们将仿真的底层通信和上层的模型控制框架、三维图形绘制分离开来，形成独立的模块，主要围绕三维图形绘制展开，首先分析了由于三维模块化带来的语义信息的丢失，然后针对这一问题，对实体及其属性进行分类，定义了一种动作语义原语来实现实体属性语义的映射，从而屏蔽了不同实体属性之间的差异，同时给出了一个基于语义原语的程序框架结构；最后，以具体的实现为例说明这种方法的可行性。     

Bidirectional Texture Mapping

Texture mapping is an important technique for high -quality image generation in computer graphics. In this paper, the shortcoming of the traditional texture mapping approaches is analysed and a general bidirectional texture mapping method is proposed. Based on the bidirectional mapping, an algorithm for mapping an image to an arbitrary polygon in 3D space is given.     

理想成象面上飞行器运动轨迹映射研究

研究了飞行器轨迹三维坐标在理想观测象面上的二维映射方法，在此基础上，对飞行器在位于地球静止轨道上的传感器理想象面上的映射进行了仿真，实验效果较为理想。仿真过程中作者提出了把映射中用到的参数分为相机指向参数和定位参数等方法以更准确地描述飞行器运动轨迹的在理想象面上的映射。     

自然场景的高真实感雾天退化图像仿真

自然场景的天气图像仿真是图形图像和计算机仿真领域中的一个重要的研究课题。首先,以自然场景的雾天图像仿真作为研究对象,深入探讨了天气导致图像退化的物理机制,提出了一种基于成像设备特性的大气点扩散函数。其次,由于场景深度是大气点扩散函数中的一个重要参数,将基于单幅图像的场景深度重建算法应用于此项研究中最后,提出了雾天图像合成的后处理算法,实现了高真实感的自然场景雾天图像仿真。仿真实验的结果证明了本算法的有效性。     

双向纹理映射

在计算机图形学中,纹理映射是高质量图像生成技术中的一个重要内容,本文分析了传统的纹理映射方法的不足之处,提出了一种通用的双向纹理映射方法。并且,根据双向映射的思想,给出了一幅图像映射到三维空间任意平面多边形上的映射算法。     

基于微机的飞行仿真器图形图象系统的研究与实现

图形图象系统在分布交互仿真虚拟战场环境及虚拟样机中有非常重要的地位,直接影响仿真系统的逼真度。由于视景系统主要是进行几何模型和纹理图象的解算,对硬件的要求较高,所以一直是高档计算机——主要是图形工作站的天下。现在,随着计算机芯片以及网络技术的飞速发展,使得基于普通微机的多通道、大视场视景系统的实现成为了可能。我们在微机平台上开发实现了有人驾驶飞行仿真器的图形、图象显示系统,由于应用效果良好,性能价格比高,该方案在工程应用上有重大意义。     

二维粗糙面的多次散射和遮蔽效应研究

利用基尔霍夫近似研究了表面均方根斜率较大的二维粗糙面的多次散射问题。在多次散射理论中,随机粗糙面的总散射功率不仅与单次散射波有关,而且还取决于多次散射波。通过将格林函数做平面波展开的方法,二阶散射系数分解成与同向波和反向波有关的两部分,同向和反向分别是按单次散射场和其共轭场的耦合方式而划分的两种不同情况。引入考虑多次散射的遮蔽函数来修正掠入射情况下的散射系数,并将计算范围扩展到均方根斜率各向异性的二维粗糙面。将考虑多次散射的数值计算结果与前后向迭代方法的数值结果做了比较,两种方法的计算结果基本一致。     

基于MIMO-ISAR的弹道目标结构参数估计方法

传统的单站逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像为实现方位向的高分辨,往往会增大成像时间,但对于高速运动的弹道目标而言,此方法并不适用。针对这一问题,提出利用多输入多输出逆合成孔径雷达(multiple input multiple output ISAR, MIMO-ISAR)在空间上的多分布来达到时间上积累的效果。在得到多通道回波信号后,利用时频图和时间距离像对弹道目标锥顶散射点进行匹配。然后根据锥顶散射点信息对多幅ISAR像进行配准融合,得到一幅高分辨的融合ISAR像。最后利用不同雷达视线下的目标投影长度和目标几何参数之间存在的映射关系,反演出弹道目标的几何结构参数。通过仿真结果可以验证算法的有效性。     

采用ISAR像估计弹道目标微动特征的方法

逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)像序列可以反映弹道目标在微动周期内的姿态变换及结构特征,本文在此基础上提出一种利用ISAR像序列估计弹道目标微动特征的方法。首先基于relax算法提取较强的散射点,并采用距离多普勒方法成像,然后利用灰度匹配算法对ISAR图像进行匹配,以提高微动周期估计精度。通过分析散射点在成像平面上的投影关系从而建立散射点空间坐标与目标微动特征之间的联系,并根据散射点在ISAR图像序列上的相对位置差值与散射点空间坐标的表达式,估计目标的微动参数。最后,仿真验证该方法的可行性与有效性,仿真结果表明该方法估计精度较高。     

地海交界分区域复合粗糙面建模及电磁散射特性研究

研究了地海交界分区域复合粗糙面的建模方法及其电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,采用高斯谱模拟实际地面,采用变浅系数与北海联合海浪计划(joint north sea wave project, JONSWAP)谱结合而成的有限水深海谱模拟实际近海海面,基于分区域复合粗糙面建模理论,运用多种加权反正切函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型自然环境。考虑了各介质区域内部的面元耦合以及区域之间和交界处面元的耦合作用,对地海交界分区域复合粗糙面的散射问题,提出了一种基于分区域面元的迭代物理光学法,采用快速远场近似（fast far field approximation, FaFFA）与局部耦合技术加速其迭代过程。对比了陆地粗糙面、海面和地海交界分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了极化方式、入射角、边界形状、陆地粗糙面的均方根高度、相关长度和近海海面的风速对地海交界分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。基于迭代物理光学法所获取的分区域复合粗糙面总散射场,采用正侧视条带式成像模式,选用距离多普勒算法对不同特点的地海分区域复合粗糙面进行合〖JP2〗成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像,并讨论了陆地粗糙面与海面各自的相对介电常数对SAR成像的影响。该研究包括了地海交界环境的建模、电磁散射特性的求解及其SAR成像,由仿真结果得到了地海交界分区域复合粗糙面的SAR像特点,对反演地海交界环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。