基于星载GNSS-R DDM的海面目标探测研究

为了利用星载Global Navigation Satellite System-Reflections（GNSS-R）的延迟-多普勒图（Delay-Doppler map, DDM）实现对海面目标位置的遥感探测,本文依据星载DDM的生成原理,研究实现了其反过程即从DDM中重构散射区域图像进而达到探测海面目标的目的。首先利用截断奇异值分解（truncated singular value decomposition, TSVD）法去除DDM中的模糊函数;然后通过计算归一化雷达横截面积（normalized radar cross-section, NRCS）重构海面散射区域图像。以2016年3月1日TechDemoSat-1（TDS-1）实测的DDM数据为例,首先计算了镜反射点（specular point, SP）的位置,然后进行重构实验。实验结果表明：文中计算得到的SP与TDS-1提供的SP之间的最大误差在800 m左右,小于TDS-1 5 km的距离分辨率;同时,重构图像中目标的位置与极地海冰数据中海冰的位置相吻合,由此可见本文的目标探测算法能够从DDM中探测到海面目标。     

基于星载GNSS-R延迟-多普勒图的海面目标探测

为了利用星载global navigation satellite system-reflections(GNSS-R)的延迟-多普勒图(delay-doppler map,DDM)实现对海面目标位置的遥感探测,依据星载DDM的生成原理,研究实现了其反过程即从DDM中重构散射区域图像进而达到探测海面目标的目的。首先利用截断奇异值分解(truncated singular value decomposition,TSVD)法去除DDM中的模糊函数;然后通过计算归一化雷达横截面积(normalized radar cross-section,NRCS)重构海面散射区域图像。以2016年3月1日TechDemoSat-1(TDS-1)实测的DDM数据为例,首先计算了镜反射点(specular point,SP)的位置,然后进行重构实验。实验结果表明:计算得到的SP与TDS-1提供的SP之间的最大误差在800 m左右,小于TDS-1 5 km的距离分辨率;同时,重构图像中目标的位置与极地海冰数据中海冰的位置相吻合,由此可见本文的目标探测算法能够从DDM中探测到海面目标。     

海面舰船目标紫外和可见光波段散射特性研究

采用Mote-Carlo方法构造了二维随机粗糙海面.利用海面双向反射分布函数(BRDF)模型计算了海面在紫外和可见光波段的辐射亮度,并与大气传输软件Modtran计算结果进行了对比分析.基于目标表面材料BRDF模型,计算分析了海上某舰船目标分别在紫外和可见光波段对背景辐射的散射亮度,并与海面背景辐射亮度进行了对比.结果表明,在紫外和可见光波段,海面背景辐射对舰船目标亮度的影响可以忽略,探测时间和方位、舰船表面材料、目标形状以及探测波段等因素,共同决定了舰船目标的散射特性,为实现海面舰船目标的多波段实时探测与识别提供一定的参考依据.     

激光水下目标探测信号的光学遮挡接收

针对激光水下目标探测信号接收的困难，提出了简单易行的光学遮挡接收方法，蒙特卡罗模拟结果表明，该方法能完全去除接收信号中的海面强反射脉冲和部分海水后向散射包络，同时保证有用的目标反射脉冲基本不受影响。     

动态起伏海面上低飞目标电磁散射Doppler频谱的有限元-区域分解法数值模拟

提出了基于有限元-区域分解法(FEM-DDM)的双级准静态方法, 数值模拟分析了二维风驱动态海面上低飞目标的Doppler (DP) 频谱. 快速运动目标的DP模拟需要在极小的时间尺度上进行, 巨大的运算量要求很高的单位时间步长运算速度. 利用频域的FEM-DDM, 海面低飞目标的有限元计算只需在其所属的DDM子区域进行, 而目标与其他子区域海面的相互作用通过DDM耦合矩阵精确描述. 缓变的动态海面则在大的时间尺度上进行模拟, 此时有限元计算遍历所有DDM子区域, 提取海杂波谱. 数值结果首先同前后向迭代法以及现有文献中的海杂波谱做了一致性验证. 接着模拟并分析了不同海况、有无舰船目标的情况下海面上低空飞行目标的时域回波、Doppler频谱及其与目标飞行高度、观测角等特征参数的关系.     

利用深海海底反射声场特征的水面声源被动测距

海底反射声工作方式是指声波经一次海底反射到达接收器的工作方式,是深海影区内水声探测的重要途径.依据射线声学理论,深海海底反射声工作方式下的声场由海底反射路径(BR)、海面-海底反射路径(SBR)、海底-海面反射路径(BSR)、海面-海底-海面反射路径(SBSR)起主要贡献,4条路径声波的到达时间不同,利用其到达时延差可以分析深海海底反射声工作方式下的声场强度干涉结构.分析发现,海底反射声区声场强度在频率域呈现周期性,且频率间隔随距离增加而增大,且频域间隔对应于多途时延差的倒数,因此可以利用多途时延差与距离的关系来估计声源距离.对于水面声源,声源处的海面反射可以忽略,因此其海底反射声场由BR和BSR传播路径的声波起主要贡献,其干涉条纹的频域间隔对应于BR路径和BSR路径时延差的倒数.本文通过分析深海海底反射声工作方式下声场强度干涉结构,得到了多途时延差随距离变化的关系,并将其应用于水面声源的被动测距,仿真结果和实验结果均证明了该方法的有效性.     

一种机载IRST组网多目标定位中的虚假点去除算法

针对IRST组网多目标测向定位系统中存在的虚假点问题,文中提出分层关联的思想。首先对交叉点进行预处理,去除不符合空间逻辑的交叉点;其次进行角度门限粗关联,去除大部分虚假点,减少计算量;最终利用多维分配思想选出正确的关联组合。计算机仿真结果表明,该算法可较好地对共面多目标进行定位,并且计算量适中。     

基于模糊距离的红外图像小目标的精准匹配算法研究

提出了一种基于模糊距离的红外图像小目标的精准匹配算法.该算法从红外图像中获取特征点,以特征点为中心选取参考模板,利用特征模糊距离熵对小目标特征进行扩展,克服由于目标滑动造成的定位误差较大的弊端.实验结果表明,该算法很好的解决了红外图像特征目标跟踪技术中的跟踪点滑动和漂移问题,并满足实时性要求,鲁棒性稳定.     

星载空间目标可见光探测系统探测能力研究

衡量星载空间目标可见光探测系统的探测能力的主要技术指标是信噪比。探测系统的信噪比与探测器噪声特性、空间目标光度特性、天空背景特性、目标距离等因素有关。从信噪比的角度出发,根据光度学和辐射度学的基本原理以及CMOS图像探测器的噪声特性,建立了CMOS可见光探测系统的信噪比数学模型,然后根据Johnson法则,得出系统探测距离与系统探测信噪比之间的关系。最后利用MATLAB在可见光500~600 nm谱段对数学模型进行仿真计算,用绘图显示了系统探测能力与系统信噪比、积分时间之间的关系,并在给定参数和条件下算出系统的极限探测距离。推导出的数学模型和计算结果可以为星载空间目标可见光探测系统探测能力的分析和估计提供理论计算方法。     

一种考虑站址误差的抗欺骗式假目标方法

针对现有数据融合算法中,组网雷达各节点雷达忽略自身站址误差而导致抗干扰性能降低的问题,提出一种考虑站址误差的抗欺骗式假目标方法。首先,通过增加量测过程中可能产生的各节点雷达的站址误差变量,改进融合算法的误差协方差矩阵;然后,利用改进后的算法计算各节点雷达对应量测目标之间的马氏距离,判断目标的空间相关性;最后,利用空间相关性的差异,对真假目标进行有效鉴别。仿真结果表明:该方法能够将组网雷达对真目标检测概率稳定在99%以上;在站址误差为60m的条件下,组网雷达对假目标的虚警概率可降低10%以上。     

基于地图信息的机载雷达对海探测目标检测算法

机载雷达在对临近陆地的海面目标进行探测时会受到很强的陆地杂波干扰,海面附近的强陆地杂波会导致探测范围内虚警概率升高,严重影响雷达的对海探测性能. 针对该问题本文提出了一种基于地图信息的机载雷达对海探测目标检测算法,所提算法通过载机惯导系统提供的载机姿态及天线指向等信息计算天线波束照射区域的经纬度,并将其与地图数据匹配实现海陆分割,进而剔除陆地虚警,输出海面目标. 基于X波段雷达探测实验数据的实验结果表明,本文所提算法能够快速准确判断目标的海陆位置,通过海陆目标的筛选与剔除,提高机载雷达在陆地杂波较强的情况下对海探测性能.      

线性调频连续波雷达速度模糊消除新方法

为解决线性调频连续波雷达动目标的速度模糊问题,提出了多普勒频率串(DFS)算法.该算法可直接从模糊速度估计中恢复目标的真实速度,并结合基于目标均方误差的配对算法,实现了多个运动目标.仿真结果表明,DFS算法较中国余数理论对速度估计的性能有了明显的提高,表明了DFS算法的有效性.     

一种运动背景下目标快速定位方法

针对运动背景下目标检测算法计算量大,难以实现实时跟踪的问题,提出了一种目标快速定位方法.该方法采用图像配准补偿背景运动量,由多帧图像差分消除背景图像获得目标图像,通过自适应阈值对目标图像二值化,用形态学处理消除噪声斑点,最后通过连通区域像素个数统计判决,进一步去除伪目标,最终定位目标区域.试验结果表明该方法能在2-6 ms内准确定位平移运动背景下的目标.     

电力隧道机器人巡检目标坐标定位的共轭搜索

电力隧道环境机器人巡检目标坐标定位过程中,利用传统搜索算法会产生信息损失,从而导致搜索定位 结果存在精度不够理想问题。为此,提出了一种共轭搜索算法。该算法通过搭建机器人巡检模型,得到反映机 器人位姿的坐标系,然后通过共轭算子规划设置机器人搜索路径。机器人沿着设置的搜索路径采集实时巡检 图像,并根据特征值识别图像中的目标节点。解算机器人在巡检过程中的位姿,并结合手眼标定和空间坐标的 测量结果,实现机器人巡检目标的搜索和坐标定位。对比实验结果表明,所提出的共轭搜索算法对目标位置的 定位环境风险评价( EＲA: Environmental Ｒisk Assessment) 指标更趋近于0,与传统搜索算法相比具有更好的定 位精度。     

海面背景红外目标的识别算法

为了实现多角度状态的舰船目标识别,针对低信噪比下海面背景的目标红外图像,提出了一种基于分段拟合的稳定提取海天线信息的算法。在此基础上对经过目标分割后得到的感兴趣区域统计提取舰船目标的形状特征、位置特征等,考虑海面的干扰目标,设计综合分类器,通过对提取的各目标特征进行概率融合的方法实现目标判断。进行了仿真平台软件的试验测试。结果表明,使用该算法可以实现在不同环境和未知海天线的情况下对海面舰船目标多角度状态的可靠识别。     

基于只测向的机载单站定位技术

针对机载单站无源交叉定位技术中存在的虚假定位问题,提出一种新的关联方法.该算法先通过异面测向线距离进行测向粗关联,排除大部分虚假定位组合,减小运算量.再利用基于不变量的关联方法进行测向细关联,近一步排除虚假测向组合,提取出真实目标的测向线组合进行交叉定位.实验结果表明,文中算法可以满足三维空间下对目标准确、快速的定位需求.     

水下目标定位中的声线折射修正方法

研究了提高水下目标定位精度的一种误差修正方法-声线折射修正方法.首先根据水下声线传播环境和声速变化规律建立了海水的折射率球面分层模型.然后基于Snell定理,利用射线描迹方法得到从声源到水下目标的声线传播轨迹,从而建立声线的真实传播距离和角度模型.经与声纳测量系统的测量参数比对,建立了水下目标定位中的声线折射误差修正模型.根据实测的海水声速剖面,利用折射率球面分层模型和声线折射修正模型进行了水下目标定位的数值计算.实验证实,采用声线折射修正方法可以有效地提高水下目标的定位精度.     

一种新颖的编辑距离限制下的相似性确认算法

针对相似性确认步骤中编辑距离计算的高复杂性问题,提出了一种在编辑距离限制下的基于鸽笼原理的字符串相似性确认算法.首先找到满足编辑距离片段映射的片段,以此片段为基准,将长度为500bp的read分段.然后对满足编辑距离片段映射的左右部分递归地进行编辑距离计算,将各段得到的编辑距离相加即为最后结果.最后根据最长公共子串的下限将需要验证的片段数目降到最低,得到优化方案.实验结果表明,基于鸽笼原理的分段递归计算编辑距离的确认算法减少了验证步骤的时间,并能保证假阳率和假阴率都为零.     

基于改进Mask R-CNN的可见光图像中舰船目标检测方法

针对基于卷积神经网络的目标识别方法中经典的矩形检测框在检测舰船目标时会框出很多无关区域,易出现漏检、误检等问题,提出基于改进Mask R-CNN （mask region-based convolution neural networks）的舰船目标检测方法,在Mask R-CNN网络的基础上通过增加判别模块、类别预测分支和语义分割分支对视觉系统采集的可见光图像中的舰船目标进行目标定位和类别预测,同时获得舰船目标的边缘轮廓并实现对军舰目标的语义分割,为海上无人作战系统提供更精确的信息.实验结果表明,该方法在保持较高检出率和运行效率的同时误检率较低,舰船目标的平均检测精度较高,具有良好的舰船目标检测性能.      

基于低复杂度卷积神经网络的星载SAR舰船检测

星载SAR(合成孔径雷达)舰船检测广泛应用于海上救援和国土安全防护等领域.鉴于传统的检测方法仍存在虚警率高等缺点,本文将具有强大表征能力的卷积神经网络(CNN)引入到星载SAR舰船检测中,面向SAR舰船检测的精准快速的需求,提出了基于低复杂度CNN的星载SAR舰船检测算法.算法结合星载SAR图像的特点,利用ROI提取方法实现目标粗提取,得到可疑目标切片及其对应的位置信息;通过构建的低复杂度CNN对所有的可疑目标切片进行精确分类,确定舰船目标,从而实现舰船目标检测.实验测试结果表明:本文提出的算法可以实现精准的星载SAR舰船检测;与传统双参数CFAR目标检测和基于现有深度网络框架(LeNet、GoogLeNet)的检测算法相比,该算法检测性能更好、检测时间更短,可有效降低检测漏检率和虚警率.