优先发表

优先发表栏目的论文已经同行评议并正式录用,目前处于编校和网络出版状态,其卷期、页码尚未确定,但可以根据DOI引用。本栏目内容尚未正式出版,未经许可,不得转载。
针对传统的极化SAR(PolSAR)图像超像素分割算法中采用的距离度量对相似性表征能力不足的问题,该文提出了一种基于测地线距离的极化SAR图像快速超像素分割算法。首先,对图像进行正六边形初始化与不稳定点初始化;其次,利用实对称Kennaugh矩阵之间的测地线距离来度量当前不稳定点与其搜索范围内其他聚类中心点之间的相似度,以便更准确地为当前不稳定点分配标签,从而快速减少不稳定点的数量;最后,利用后处理步骤消除孤立像素点以生成最终的超像素。利用仿真极化SAR数据验证了初始化方法的有效性和测地线距离度量的高效性,并利用仿真和实测数据将该文算法与其他4种算法进行对比分析。实验结果表明,该文方法生成的超像素具有更规则的形状并且能够准确地贴合真实地物边缘,同时具有更高的运算效率。 针对传统的极化SAR(PolSAR)图像超像素分割算法中采用的距离度量对相似性表征能力不足的问题,该文提出了一种基于测地线距离的极化SAR图像快速超像素分割算法。首先,对图像进行正六边形初始化与不稳定点初始化;其次,利用实对称Kennaugh矩阵之间的测地线距离来度量当前不稳定点与其搜索范围内其他聚类中心点之间的相似度,以便更准确地为当前不稳定点分配标签,从而快速减少不稳定点的数量;最后,利用后处理步骤消除孤立像素点以生成最终的超像素。利用仿真极化SAR数据验证了初始化方法的有效性和测地线距离度量的高效性,并利用仿真和实测数据将该文算法与其他4种算法进行对比分析。实验结果表明,该文方法生成的超像素具有更规则的形状并且能够准确地贴合真实地物边缘,同时具有更高的运算效率。
双边恒虚警率(BCFAR)检测算法通过高斯核密度估计器计算出合成孔径雷达(SAR)图像的空间信息,并将它与图像的强度信息相结合得到联合图像以进行目标检测。相较于只使用强度信息来进行目标检测的经典CFAR检测算法,双边CFAR有着更好的检测性能和鲁棒性。然而,在复杂环境下出现连片的高强度异质点时(例如防波堤、方位模糊和幻影等),核密度估计器计算出的空间信息会出现较多误差,这会导致检测结果中出现大量虚警。此外,当遇到相邻像素点间相似度较低的弱目标时,双边CFAR会发生漏检。为了有效改善这些问题,该文设计一种复杂环境下改进的SAR图像双边CFAR舰船检测算法(IB-CFAR)。该文所提出的IB-CFAR主要分为3个阶段来实现,分别为基于非均匀量化法的强度层级划分、强度-空间域信息融合、杂波截断后的参数估计。基于非均匀量化法的强度层级划分可以提升弱目标的相似度和对比度信息,从而提升舰船检测率。强度-空间域信息融合在于将空间相似度、距离向和强度等信息进行融合,在进一步提升检测率的同时对舰船的结构信息进行精细化描述。杂波截断后的参数估计可以去除背景窗口中连片的高强度异质点,最大程度地保留真实海杂波样本,使参数估计更加精确。最后,根据估计出的参数建立精确的海杂波统计模型以进行CFAR检测。该文使用高分三号和TerraSAR-X数据来验证该算法的有效性和鲁棒性。实验结果表明,所提出的算法在包含较多密集分布的弱目标环境下表现良好,在此类环境下能获得97.85%的检测率和3.52%的虚警率,相比于现有的检测算法,检测率提升了5%,并且虚警率降低了10%,但在弱目标个数较少且背景十分复杂的环境下,则会出现少量虚警。 双边恒虚警率(BCFAR)检测算法通过高斯核密度估计器计算出合成孔径雷达(SAR)图像的空间信息,并将它与图像的强度信息相结合得到联合图像以进行目标检测。相较于只使用强度信息来进行目标检测的经典CFAR检测算法,双边CFAR有着更好的检测性能和鲁棒性。然而,在复杂环境下出现连片的高强度异质点时(例如防波堤、方位模糊和幻影等),核密度估计器计算出的空间信息会出现较多误差,这会导致检测结果中出现大量虚警。此外,当遇到相邻像素点间相似度较低的弱目标时,双边CFAR会发生漏检。为了有效改善这些问题,该文设计一种复杂环境下改进的SAR图像双边CFAR舰船检测算法(IB-CFAR)。该文所提出的IB-CFAR主要分为3个阶段来实现,分别为基于非均匀量化法的强度层级划分、强度-空间域信息融合、杂波截断后的参数估计。基于非均匀量化法的强度层级划分可以提升弱目标的相似度和对比度信息,从而提升舰船检测率。强度-空间域信息融合在于将空间相似度、距离向和强度等信息进行融合,在进一步提升检测率的同时对舰船的结构信息进行精细化描述。杂波截断后的参数估计可以去除背景窗口中连片的高强度异质点,最大程度地保留真实海杂波样本,使参数估计更加精确。最后,根据估计出的参数建立精确的海杂波统计模型以进行CFAR检测。该文使用高分三号和TerraSAR-X数据来验证该算法的有效性和鲁棒性。实验结果表明,所提出的算法在包含较多密集分布的弱目标环境下表现良好,在此类环境下能获得97.85%的检测率和3.52%的虚警率,相比于现有的检测算法,检测率提升了5%,并且虚警率降低了10%,但在弱目标个数较少且背景十分复杂的环境下,则会出现少量虚警。
Radar target detection in sea clutter is of significance to both the civil and military sectors. With the miniaturization and invisibility of sea targets, Small Floating Targets (SFTs) with slow speed have become the focus of radar detection. However, the detection of SFTs in the background of sea clutter has always been a problem. SFTs usually have a weak Radar Cross Section (RCS) and slow speed, making them difficult to be detected in sea clutter. Traditional target detection methods exhibit poor performance in the detection of SFTs. For the detection of small and weak targets on the sea surface, a high Doppler resolution and high range resolution system (double-high system) is an effective tool to solve this problem. In the double-high system, the target echo received by the radar provides readily available and sufficient information. However, how to transform and refine this information to improve detection performance has always been a challenge to the radar industry and a subject of constant innovation. In recent years, as an artificial feature engineering stage for intelligent radar target detection, scholars have proposed various feature-based target detection methods based on the double-high system to alleviate the difficulty of SFT detection when relying only on energy information and to considerably improve the detection performance. To ensure that relevant radar practitioners better understand the development of this field in recent years and the future trend, this paper summarizes the difficulties of sea target detection and common target detection methods, analyzes the principle and general framework of feature detection and several typical feature-based detection methods, and explores the development trend of feature-based detection methods. Radar target detection in sea clutter is of significance to both the civil and military sectors. With the miniaturization and invisibility of sea targets, Small Floating Targets (SFTs) with slow speed have become the focus of radar detection. However, the detection of SFTs in the background of sea clutter has always been a problem. SFTs usually have a weak Radar Cross Section (RCS) and slow speed, making them difficult to be detected in sea clutter. Traditional target detection methods exhibit poor performance in the detection of SFTs. For the detection of small and weak targets on the sea surface, a high Doppler resolution and high range resolution system (double-high system) is an effective tool to solve this problem. In the double-high system, the target echo received by the radar provides readily available and sufficient information. However, how to transform and refine this information to improve detection performance has always been a challenge to the radar industry and a subject of constant innovation. In recent years, as an artificial feature engineering stage for intelligent radar target detection, scholars have proposed various feature-based target detection methods based on the double-high system to alleviate the difficulty of SFT detection when relying only on energy information and to considerably improve the detection performance. To ensure that relevant radar practitioners better understand the development of this field in recent years and the future trend, this paper summarizes the difficulties of sea target detection and common target detection methods, analyzes the principle and general framework of feature detection and several typical feature-based detection methods, and explores the development trend of feature-based detection methods.
雷达及其对抗技术在雷达系统发展道路上相互促进,不断进步。近年来,外辐射源雷达凭借其优异的性能受到了国内外研究机构的广泛关注,相关技术得到飞速发展,部分设备已投入使用,但针对该新型雷达的干扰技术研究较少。该文基于辐射源信号结构,分析其信号组成,提出了一种基于信号结构特点的外辐射源雷达干扰方法。以数字广播电视外辐射源雷达为例,结合外辐射源雷达干扰模型,在所提方法下,干扰信号将在距离多普勒谱上形成干扰峰或干扰条带,可有效遮蔽目标,并形成虚假航迹,实现了对外辐射源雷达的干扰目的。仿真结果表明了干扰信号的特性和对目标干扰的有效性,为所提干扰方法在外辐射源雷达中的实际应用奠定基础。所提方法不仅适用于国内外数字广播电视外辐射源雷达,同时可扩展应用于其他类型的外辐射源雷达。 雷达及其对抗技术在雷达系统发展道路上相互促进,不断进步。近年来,外辐射源雷达凭借其优异的性能受到了国内外研究机构的广泛关注,相关技术得到飞速发展,部分设备已投入使用,但针对该新型雷达的干扰技术研究较少。该文基于辐射源信号结构,分析其信号组成,提出了一种基于信号结构特点的外辐射源雷达干扰方法。以数字广播电视外辐射源雷达为例,结合外辐射源雷达干扰模型,在所提方法下,干扰信号将在距离多普勒谱上形成干扰峰或干扰条带,可有效遮蔽目标,并形成虚假航迹,实现了对外辐射源雷达的干扰目的。仿真结果表明了干扰信号的特性和对目标干扰的有效性,为所提干扰方法在外辐射源雷达中的实际应用奠定基础。所提方法不仅适用于国内外数字广播电视外辐射源雷达,同时可扩展应用于其他类型的外辐射源雷达。
极化SAR图像的配准是极化SAR图像处理的基础,需要具备较高的精度与速度。基于深度学习的极化SAR图像配准大多数是结合图像块特征的匹配与基于随机抽样一致性的参数迭代估计来实现的。目前尚未实现端到端的基于深度卷积神经网络的一步仿射配准。该文提出了一种基于弱监督学习的端到端极化SAR图像配准框架,无需图像切块处理或迭代参数估计。首先,对输入图像对进行特征提取,得到密集的特征图。在此基础上,针对每个特征点保留k对相关度最高的特征点对。之后,将该4D稀疏特征匹配图输入4D稀疏卷积网络,基于邻域一致性进行特征匹配的过滤。最后,结合输出的匹配点对置信度,利用带权最小二乘法进行仿射参数回归,实现图像对的配准。该文采用RADARSAT-2卫星获取的德国Wallerfing地区农田数据以及PAZ卫星获取的中国舟山港口地区数据作为测试图像对。通过对升降轨、不同成像模式、不同极化方式、不同分辨率的极化SAR图像对的配准测试,并与4种现有方法进行对比,验证了该方法具有较高的配准精度与较快的速度。 极化SAR图像的配准是极化SAR图像处理的基础,需要具备较高的精度与速度。基于深度学习的极化SAR图像配准大多数是结合图像块特征的匹配与基于随机抽样一致性的参数迭代估计来实现的。目前尚未实现端到端的基于深度卷积神经网络的一步仿射配准。该文提出了一种基于弱监督学习的端到端极化SAR图像配准框架,无需图像切块处理或迭代参数估计。首先,对输入图像对进行特征提取,得到密集的特征图。在此基础上,针对每个特征点保留k对相关度最高的特征点对。之后,将该4D稀疏特征匹配图输入4D稀疏卷积网络,基于邻域一致性进行特征匹配的过滤。最后,结合输出的匹配点对置信度,利用带权最小二乘法进行仿射参数回归,实现图像对的配准。该文采用RADARSAT-2卫星获取的德国Wallerfing地区农田数据以及PAZ卫星获取的中国舟山港口地区数据作为测试图像对。通过对升降轨、不同成像模式、不同极化方式、不同分辨率的极化SAR图像对的配准测试,并与4种现有方法进行对比,验证了该方法具有较高的配准精度与较快的速度。
桥梁作为重要的人造目标,一直都是合成孔径雷达(SAR)图像解译的重要对象之一。目前针对桥梁检测问题已开展了较多研究,核心思想是:首先提取出河流水体,然后再根据河流与桥梁的位置关系检测桥梁。然而,已有的桥梁检测方法依赖于河流提取,很难实现陆上桥梁检测。因为陆上桥梁下方的背景不再是河流,而是陆地,其散射特性、形状分布与河流不同,不能采用传统的水体提取方法来检测陆地背景,进而无法利用桥梁的位置先验知识定位桥梁。针对该问题,该文提出了一种基于极化圆周SAR(CSAR)图像的陆上桥梁检测方法。首先,利用观测场景的圆周极化熵(CPE)实现疑似桥梁目标与陆地背景的分离(该实验中桥梁的CPE均值为0.4018,陆地背景的CPE均值为0.7819,两者具有明差别);然后,根据地物目标的极化熵方差特征和桥梁尺寸特性,抑制虚假目标;最后,根据桥梁的几何特征实现陆上桥梁的准确提取。该文所提方法解决了传统桥梁检测方法需要基于河流提取结果才能实现桥梁检测的问题。机载L波段极化CSAR实测数据处理结果证明了所提方法的正确性、有效性和实用性。 桥梁作为重要的人造目标,一直都是合成孔径雷达(SAR)图像解译的重要对象之一。目前针对桥梁检测问题已开展了较多研究,核心思想是:首先提取出河流水体,然后再根据河流与桥梁的位置关系检测桥梁。然而,已有的桥梁检测方法依赖于河流提取,很难实现陆上桥梁检测。因为陆上桥梁下方的背景不再是河流,而是陆地,其散射特性、形状分布与河流不同,不能采用传统的水体提取方法来检测陆地背景,进而无法利用桥梁的位置先验知识定位桥梁。针对该问题,该文提出了一种基于极化圆周SAR(CSAR)图像的陆上桥梁检测方法。首先,利用观测场景的圆周极化熵(CPE)实现疑似桥梁目标与陆地背景的分离(该实验中桥梁的CPE均值为0.4018,陆地背景的CPE均值为0.7819,两者具有明差别);然后,根据地物目标的极化熵方差特征和桥梁尺寸特性,抑制虚假目标;最后,根据桥梁的几何特征实现陆上桥梁的准确提取。该文所提方法解决了传统桥梁检测方法需要基于河流提取结果才能实现桥梁检测的问题。机载L波段极化CSAR实测数据处理结果证明了所提方法的正确性、有效性和实用性。
单脉冲测角技术用于扫描雷达前视成像可有效提高图像的清晰度,但单个脉冲对同分辨单元多目标测角时会发生角闪烁现象,造成图像模糊。该文提出了一种基于单脉冲雷达和差通道多普勒估计的前视成像算法,利用目标和平台之间相对运动引起的多普勒梯度差异实现同分辨单元内不同方向目标的分离,然后在多普勒域采用和差比幅测角(SDAC)技术测量目标的方位角,完成能量投影。为提高测角精度,进一步提出了采用调频Z变换(CZT)重建和差多普勒估计并进行比幅测角的算法。点目标仿真实验结果表明,所提出的算法在前斜视方向具有分离多目标的能力,对实测数据成像结果验证了基于CZT的成像算法相比传统算法能显著提高对场景成像的轮廓清晰度。 单脉冲测角技术用于扫描雷达前视成像可有效提高图像的清晰度,但单个脉冲对同分辨单元多目标测角时会发生角闪烁现象,造成图像模糊。该文提出了一种基于单脉冲雷达和差通道多普勒估计的前视成像算法,利用目标和平台之间相对运动引起的多普勒梯度差异实现同分辨单元内不同方向目标的分离,然后在多普勒域采用和差比幅测角(SDAC)技术测量目标的方位角,完成能量投影。为提高测角精度,进一步提出了采用调频Z变换(CZT)重建和差多普勒估计并进行比幅测角的算法。点目标仿真实验结果表明,所提出的算法在前斜视方向具有分离多目标的能力,对实测数据成像结果验证了基于CZT的成像算法相比传统算法能显著提高对场景成像的轮廓清晰度。
用于干扰舰船目标的箔条云通常具有与舰船目标相近的尺寸和雷达散射截面积,这使得舰船与箔条云的识别成为一个非常有挑战性的问题。该文提出一种基于精细极化目标分解的识别方法。为了能够有效地识别舰船目标与箔条云,该文首先结合3种精细化散射模型,提出了一种基于精细散射模型的七成分分解方法。通过这种分解方法可以有效地刻画舰船目标的散射特性。为了将舰船与箔条云的极化特性进行有效的对比和区分,该文根据分解得到的散射成分贡献构造了一个稳健的散射贡献差特征。最后,通过将构造的散射贡献差与极化散射角结合,构造了新的特征矢量并利用支持向量机实现了最终的识别。实验利用仿真和实测的极化雷达数据对所提方法进行了验证,结果表明该方法优于现有的其他方法,并能够达到最高98%的正确识别率。 用于干扰舰船目标的箔条云通常具有与舰船目标相近的尺寸和雷达散射截面积,这使得舰船与箔条云的识别成为一个非常有挑战性的问题。该文提出一种基于精细极化目标分解的识别方法。为了能够有效地识别舰船目标与箔条云,该文首先结合3种精细化散射模型,提出了一种基于精细散射模型的七成分分解方法。通过这种分解方法可以有效地刻画舰船目标的散射特性。为了将舰船与箔条云的极化特性进行有效的对比和区分,该文根据分解得到的散射成分贡献构造了一个稳健的散射贡献差特征。最后,通过将构造的散射贡献差与极化散射角结合,构造了新的特征矢量并利用支持向量机实现了最终的识别。实验利用仿真和实测的极化雷达数据对所提方法进行了验证,结果表明该方法优于现有的其他方法,并能够达到最高98%的正确识别率。
随着无线通信技术的发展,全球通信产业对于无线频谱的需求日益增加。在此背景下,雷达与通信的频谱共享(RCSS)引起了工业界和学术界的极大关注。其内涵不仅包括促成雷达与通信设备的同频共存、互不干扰,从而高效利用频谱,还包括设计一种兼容二者的新型一体化系统,使得该系统能同时完成信息传输与目标探测两种功能。该文围绕雷达与通信频谱共享的两种解决方案:(1)雷达与通信系统的同频共存(RCC); (2)雷达通信一体化(DFRC)系统设计,进行了深入而系统的综述。具体而言,该文首先讨论雷达通信在多个频段共存的实例,然后简要介绍了雷达通信一体化技术在多个领域的应用场景。进一步地,讨论雷达通信同频共存和一体化系统的研究进展。最后,总结全文并讨论了该领域内的若干开放问题。 随着无线通信技术的发展,全球通信产业对于无线频谱的需求日益增加。在此背景下,雷达与通信的频谱共享(RCSS)引起了工业界和学术界的极大关注。其内涵不仅包括促成雷达与通信设备的同频共存、互不干扰,从而高效利用频谱,还包括设计一种兼容二者的新型一体化系统,使得该系统能同时完成信息传输与目标探测两种功能。该文围绕雷达与通信频谱共享的两种解决方案:(1)雷达与通信系统的同频共存(RCC); (2)雷达通信一体化(DFRC)系统设计,进行了深入而系统的综述。具体而言,该文首先讨论雷达通信在多个频段共存的实例,然后简要介绍了雷达通信一体化技术在多个领域的应用场景。进一步地,讨论雷达通信同频共存和一体化系统的研究进展。最后,总结全文并讨论了该领域内的若干开放问题。
由于洪灾区域的地物散射特性受环境影响会发生改变,在对该区域合成孔径雷达(SAR)图像进行变化检测时会使检测结果的错误率提高,而且用单一方法得到的差异图变化检测结果精度较低。针对上述问题,该文提出一种基于融合差异图的变化检测方法,该方法通过构造基于改进相对熵与均值比的融合差异图,综合了熵值差异图的区域敏感性和均值差异图的区域保持性的优势。首先,利用皮尔逊相关系数对模糊局部信息C均值聚类(FLICM)方法的初始聚类结果进行二次分类,再将二次分类结果作为图像初始分割,最后利用迭代条件模型和马尔科夫随机场(ICM-MRF)获得图像的最终分割结果。为了验证所提方法的有效性,该文使用瑞士Bern地区在1999年4月和5月的ERS-2遥感数据以及加拿大Ottawa地区在1997年5月和8月的Radarsat遥感数据进行实验,并用该方法对中国鄱阳湖地区2020年6月和7月的Sentinel-1-A遥感数据进行了洪灾检测实验,估计了鄱阳湖附近区域洪灾前后的受灾范围和变化趋势。实验结果表明该文算法总体检测误差较低,一定程度上降低了检测结果的错误率,提高了检测结果的精度。 由于洪灾区域的地物散射特性受环境影响会发生改变,在对该区域合成孔径雷达(SAR)图像进行变化检测时会使检测结果的错误率提高,而且用单一方法得到的差异图变化检测结果精度较低。针对上述问题,该文提出一种基于融合差异图的变化检测方法,该方法通过构造基于改进相对熵与均值比的融合差异图,综合了熵值差异图的区域敏感性和均值差异图的区域保持性的优势。首先,利用皮尔逊相关系数对模糊局部信息C均值聚类(FLICM)方法的初始聚类结果进行二次分类,再将二次分类结果作为图像初始分割,最后利用迭代条件模型和马尔科夫随机场(ICM-MRF)获得图像的最终分割结果。为了验证所提方法的有效性,该文使用瑞士Bern地区在1999年4月和5月的ERS-2遥感数据以及加拿大Ottawa地区在1997年5月和8月的Radarsat遥感数据进行实验,并用该方法对中国鄱阳湖地区2020年6月和7月的Sentinel-1-A遥感数据进行了洪灾检测实验,估计了鄱阳湖附近区域洪灾前后的受灾范围和变化趋势。实验结果表明该文算法总体检测误差较低,一定程度上降低了检测结果的错误率,提高了检测结果的精度。
在进入陌生建筑物内部之前获取其内部结构信息,能够为反恐作战、灾害救援等多种应用提供服务,具有重要的现实意义和研究价值。低频电磁波能够穿透常见建筑物材料传播,进而安全、稳定、隐蔽地获取墙后目标信息。利用低频电磁波获取墙后信息因此成为建筑物内部结构透视领域的研究重点。为获知该领域的发展脉络,并预测未来可能的发展趋势,该文对21世纪初以来该领域国内外公开文献进行了归纳总结。相关文献的梳理结果表明,利用低频电磁波进行建筑物内部结构穿透探测的技术目前主要包括3类:基于反射波测量的穿墙雷达成像技术、基于透射波测量的射频层析成像技术、基于多径信号的墙体位置估计技术。这3类技术均已取得一定具有实际意义的研究成果。该文围绕这3类技术所涵盖主要内容的发展历程进行了梳理,主要包括穿墙雷达墙后静止目标成像原理、基于穿墙雷达的建筑物内部结构观测模式、基于穿墙雷达成像的建筑物内部结构重建技术、基于射频层析成像的建筑物内部结构反演技术、基于多径信号的墙体位置估计技术,并以此对该领域的发展趋势进行了探讨。总结近20年以来低频电磁波建筑物内部结构透视技术的发展历程,可以发现建筑物内部结构穿透探测平台已由传统的机载、车载平台转向微型机器人、无人机等新型平台,而对应的建筑物内部结构信息重建方法,则由传统的雷达成像技术,发展成包含图像增强、稀疏重构等在内的多种新型方法。这些结果表明,建筑物内部结构透视技术正朝着系统化、多样化、智能化的方向发展。 在进入陌生建筑物内部之前获取其内部结构信息,能够为反恐作战、灾害救援等多种应用提供服务,具有重要的现实意义和研究价值。低频电磁波能够穿透常见建筑物材料传播,进而安全、稳定、隐蔽地获取墙后目标信息。利用低频电磁波获取墙后信息因此成为建筑物内部结构透视领域的研究重点。为获知该领域的发展脉络,并预测未来可能的发展趋势,该文对21世纪初以来该领域国内外公开文献进行了归纳总结。相关文献的梳理结果表明,利用低频电磁波进行建筑物内部结构穿透探测的技术目前主要包括3类:基于反射波测量的穿墙雷达成像技术、基于透射波测量的射频层析成像技术、基于多径信号的墙体位置估计技术。这3类技术均已取得一定具有实际意义的研究成果。该文围绕这3类技术所涵盖主要内容的发展历程进行了梳理,主要包括穿墙雷达墙后静止目标成像原理、基于穿墙雷达的建筑物内部结构观测模式、基于穿墙雷达成像的建筑物内部结构重建技术、基于射频层析成像的建筑物内部结构反演技术、基于多径信号的墙体位置估计技术,并以此对该领域的发展趋势进行了探讨。总结近20年以来低频电磁波建筑物内部结构透视技术的发展历程,可以发现建筑物内部结构穿透探测平台已由传统的机载、车载平台转向微型机器人、无人机等新型平台,而对应的建筑物内部结构信息重建方法,则由传统的雷达成像技术,发展成包含图像增强、稀疏重构等在内的多种新型方法。这些结果表明,建筑物内部结构透视技术正朝着系统化、多样化、智能化的方向发展。
对于相同地下目标体,相比大部分传统单极化探地雷达,全极化探地雷达(FP-GPR)可以测得更全面的极化数据,称为VV, HH, VH。为了对地下目标体进行更全面精细的成像和识别, 数据融合技术被应用于FP-GPR将3种不同极化模式的极化信息结合起来。然而,目前全极化探地雷达数据融合常用的加权平均融合方法,它会掩盖全极化的优点,同时也无法同时适应不同的散射机制。因此,该文提出了基于主成分分析(PCA),拉普拉斯金字塔(LP)以及多尺度小波变换(WT)的3种FP-GPR数据融合方法。为了检验几种数据融合方法的可靠性,该文在实验室分别测量了代表3种不同基本散射机制目标体的FP-GPR数据进行分析, 引入瞬时振幅为主、梯度为辅的方法将加权平均融合方法与3种方法进行比较。结果表明该研究所应用的3种数据融合方法效果均优于加权平均融合,并且3种方法可以分别适应不同散射机制的目标体,主成分分析融合可以更好的应用于未知散射机制目标体。最后,将主成分分析融合应用于实际冰裂缝数据成像,得到很好的融合效果,且优于加权平均融合方法。 对于相同地下目标体,相比大部分传统单极化探地雷达,全极化探地雷达(FP-GPR)可以测得更全面的极化数据,称为VV, HH, VH。为了对地下目标体进行更全面精细的成像和识别, 数据融合技术被应用于FP-GPR将3种不同极化模式的极化信息结合起来。然而,目前全极化探地雷达数据融合常用的加权平均融合方法,它会掩盖全极化的优点,同时也无法同时适应不同的散射机制。因此,该文提出了基于主成分分析(PCA),拉普拉斯金字塔(LP)以及多尺度小波变换(WT)的3种FP-GPR数据融合方法。为了检验几种数据融合方法的可靠性,该文在实验室分别测量了代表3种不同基本散射机制目标体的FP-GPR数据进行分析, 引入瞬时振幅为主、梯度为辅的方法将加权平均融合方法与3种方法进行比较。结果表明该研究所应用的3种数据融合方法效果均优于加权平均融合,并且3种方法可以分别适应不同散射机制的目标体,主成分分析融合可以更好的应用于未知散射机制目标体。最后,将主成分分析融合应用于实际冰裂缝数据成像,得到很好的融合效果,且优于加权平均融合方法。
SAR多通道引起的虚假目标与散焦的船舶目标形状纹理特征非常相似,在全孔径SAR图像中难以区分。针对此类虚假目标造成的虚警问题,该文提出一种基于子孔径与全孔径特征学习的SAR多通道虚假目标鉴别方法。首先,对复数SAR图像进行幅值计算得到幅度图像,利用迁移学习方法提取幅度图像中的全孔径特征;接着,对复数SAR图像进行子孔径分解获得一系列子孔径图像,然后用栈式卷积自编码器(SCAE)提取子孔径图像中的子孔径特征;最后,将子孔径和全孔径特征进行串联并利用联合特征进行分类。在高分三号超精细条带模式SAR图像上的实验结果表明,该方法可以有效的鉴别船舶目标和多通道虚假目标,与仅使用全孔径特征学习的方法相比准确率提升了16.32%。 SAR多通道引起的虚假目标与散焦的船舶目标形状纹理特征非常相似,在全孔径SAR图像中难以区分。针对此类虚假目标造成的虚警问题,该文提出一种基于子孔径与全孔径特征学习的SAR多通道虚假目标鉴别方法。首先,对复数SAR图像进行幅值计算得到幅度图像,利用迁移学习方法提取幅度图像中的全孔径特征;接着,对复数SAR图像进行子孔径分解获得一系列子孔径图像,然后用栈式卷积自编码器(SCAE)提取子孔径图像中的子孔径特征;最后,将子孔径和全孔径特征进行串联并利用联合特征进行分类。在高分三号超精细条带模式SAR图像上的实验结果表明,该方法可以有效的鉴别船舶目标和多通道虚假目标,与仅使用全孔径特征学习的方法相比准确率提升了16.32%。
随着雷达探测逐步进入强电子对抗、隐身时代,传统雷达体制在战术主动性、能量、数量方面均处于劣势。雷达亟需从探测体制方面进行创新,充分挖掘其合作式探测的主动性、充分利用信号波形的信息维度优势,才能适应未来新型防空作战。该文提出一种新的雷达体制——通信化雷达,其通过在发射信号波形中嵌入发射站动态位置、天线扫描指向、发射时刻等辅助信息,并在接收处理中提取、利用该信息进行目标检测、定位、识别、抗干扰和多目标分辨,可提升远程、隐身、强对抗条件下的雷达探测能力和战场生存力。该文从系统架构、探测原理、性能分析等方面对通信化雷达进行了阐述。 随着雷达探测逐步进入强电子对抗、隐身时代,传统雷达体制在战术主动性、能量、数量方面均处于劣势。雷达亟需从探测体制方面进行创新,充分挖掘其合作式探测的主动性、充分利用信号波形的信息维度优势,才能适应未来新型防空作战。该文提出一种新的雷达体制——通信化雷达,其通过在发射信号波形中嵌入发射站动态位置、天线扫描指向、发射时刻等辅助信息,并在接收处理中提取、利用该信息进行目标检测、定位、识别、抗干扰和多目标分辨,可提升远程、隐身、强对抗条件下的雷达探测能力和战场生存力。该文从系统架构、探测原理、性能分析等方面对通信化雷达进行了阐述。
多目标跟踪(MTT)是雷达数据处理领域的难点。相较于一般场景,海上多目标跟踪(MMTT)面临的挑战更大。一方面,复杂的海洋环境和较低的信杂比使得海面小型目标的检测性能受限,检测得到的点迹存在漏检并包含大量虚警,导致多目标跟踪处理的难度大大增加;另一方面,当海面目标以多群形式编队运动,或采用高分辨率雷达对海探测时,目标量测容易呈现跨单元分布的特征,这种情况下,采用常规的多目标跟踪方法效果不理想。目前,国内外关于海上多目标跟踪方面的研究文献还不多,且大都侧重于单一情形。该文从常规多目标跟踪方法、幅度信息辅助的多目标跟踪方法、多目标检测前跟踪方法以及多扩展目标跟踪方法等4个方面对海上多目标跟踪技术进行了梳理,并对海上多目标跟踪的未来发展方向进行了展望。 多目标跟踪(MTT)是雷达数据处理领域的难点。相较于一般场景,海上多目标跟踪(MMTT)面临的挑战更大。一方面,复杂的海洋环境和较低的信杂比使得海面小型目标的检测性能受限,检测得到的点迹存在漏检并包含大量虚警,导致多目标跟踪处理的难度大大增加;另一方面,当海面目标以多群形式编队运动,或采用高分辨率雷达对海探测时,目标量测容易呈现跨单元分布的特征,这种情况下,采用常规的多目标跟踪方法效果不理想。目前,国内外关于海上多目标跟踪方面的研究文献还不多,且大都侧重于单一情形。该文从常规多目标跟踪方法、幅度信息辅助的多目标跟踪方法、多目标检测前跟踪方法以及多扩展目标跟踪方法等4个方面对海上多目标跟踪技术进行了梳理,并对海上多目标跟踪的未来发展方向进行了展望。
传统的合成孔径雷达(SAR)成像是将现实中的三维场景投影到方位-斜距向二维平面的一系列处理过程,损失了三维空间的高度维信息。随着SAR系统及处理技术的发展,层析SAR系统通过沿高度向的多个数据获取构造高度维合成孔径,利用阵列信号处理方法实现目标高分辨率三维成像,对观测场景进行三维重建,获取地面目标的垂直结构信息,对植被监测、雪冰探测、城市建模等应用具有重要应用价值。该文基于层析SAR观测机理,分析了配准、去平地效应、相位补偿、高度维聚焦等三维成像关键环节以及算法研究现状,着重阐述了层析SAR在植被、雪冰、城市信息提取方面的应用,介绍了过去20年中相关的实验结果,讨论了不同平台下植被高度与冠层结构、冰川厚度与内部结构、积雪厚度与分层、城市区三维重建与形变监测等方面的应用潜力与存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。 传统的合成孔径雷达(SAR)成像是将现实中的三维场景投影到方位-斜距向二维平面的一系列处理过程,损失了三维空间的高度维信息。随着SAR系统及处理技术的发展,层析SAR系统通过沿高度向的多个数据获取构造高度维合成孔径,利用阵列信号处理方法实现目标高分辨率三维成像,对观测场景进行三维重建,获取地面目标的垂直结构信息,对植被监测、雪冰探测、城市建模等应用具有重要应用价值。该文基于层析SAR观测机理,分析了配准、去平地效应、相位补偿、高度维聚焦等三维成像关键环节以及算法研究现状,着重阐述了层析SAR在植被、雪冰、城市信息提取方面的应用,介绍了过去20年中相关的实验结果,讨论了不同平台下植被高度与冠层结构、冰川厚度与内部结构、积雪厚度与分层、城市区三维重建与形变监测等方面的应用潜力与存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。
两维自聚焦是高机动条件下机载合成孔径雷达(SAR)高分辨率成像的重要保障。现有的双基SAR两维自聚焦算法没有充分利用相位误差的先验结构信息,是对相位误差的一种盲估计,在计算效率和参数估计精度方面仍然存在很大限制。该文从双基SAR极坐标格式成像算法新解释入手,从残留距离徙动(RCM)校正的观点出发,将极坐标格式(PFA)算法的实现解释为距离频率和方位时间两个变量的解耦过程。利用这一观点分析了极坐标格式算法中的距离和方位重采样对两维相位误差的影响,揭示了残留两维相位误差固有的解析结构。基于这一固有的先验信息,该文提出了一种结合先验信息和图像数据的双基SAR两维自聚焦算法。算法通过引入先验知识,将两维相位误差估计降维成一维方位相位误差的估计;同时,在估计方位相位误差时,通过多子带数据平均,充分挖掘了所有数据的信息。相比于已有算法,无论是参数估计精度还是计算效率都有明显改善。实验结果验证了该文理论分析的正确性以及所提两维自聚焦方法的有效性。 两维自聚焦是高机动条件下机载合成孔径雷达(SAR)高分辨率成像的重要保障。现有的双基SAR两维自聚焦算法没有充分利用相位误差的先验结构信息,是对相位误差的一种盲估计,在计算效率和参数估计精度方面仍然存在很大限制。该文从双基SAR极坐标格式成像算法新解释入手,从残留距离徙动(RCM)校正的观点出发,将极坐标格式(PFA)算法的实现解释为距离频率和方位时间两个变量的解耦过程。利用这一观点分析了极坐标格式算法中的距离和方位重采样对两维相位误差的影响,揭示了残留两维相位误差固有的解析结构。基于这一固有的先验信息,该文提出了一种结合先验信息和图像数据的双基SAR两维自聚焦算法。算法通过引入先验知识,将两维相位误差估计降维成一维方位相位误差的估计;同时,在估计方位相位误差时,通过多子带数据平均,充分挖掘了所有数据的信息。相比于已有算法,无论是参数估计精度还是计算效率都有明显改善。实验结果验证了该文理论分析的正确性以及所提两维自聚焦方法的有效性。
分布式软目标是指分布范围较大、具有时变的空间分布或内部相对运动的非刚性目标或目标群,是当前雷达领域较为关注的一类目标,其特性与感知研究是一个多学科交叉的问题。为便于雷达科技工作者较好地理解相关技术,该文从正问题和逆问题两个角度,分连续型和离散型两种情况,对这类目标的运动、电磁散射/传输、雷达特征、探测与参数反演等技术的现状进行了梳理,并分析了发展趋势。以飞机尾流为例,对这类目标的雷达特性与感知技术进行了阐述,为相关雷达探测技术发展提供重要参考。 分布式软目标是指分布范围较大、具有时变的空间分布或内部相对运动的非刚性目标或目标群,是当前雷达领域较为关注的一类目标,其特性与感知研究是一个多学科交叉的问题。为便于雷达科技工作者较好地理解相关技术,该文从正问题和逆问题两个角度,分连续型和离散型两种情况,对这类目标的运动、电磁散射/传输、雷达特征、探测与参数反演等技术的现状进行了梳理,并分析了发展趋势。以飞机尾流为例,对这类目标的雷达特性与感知技术进行了阐述,为相关雷达探测技术发展提供重要参考。
飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流,对后续飞机飞行安全具有重大影响,其探测已成为制约机场容量增长和影响空中交通安全管理的瓶颈,亟需发展飞机尾流雷达探测和监视的技术与系统。该文构建了基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统,可基于实测数据反演得到尾流涡心位置和速度环量等特征参数。同时构建了尾流动力学、散射特性与雷达回波仿真模块,可实现参数反演算法的性能评估。该系统的参数反演性能优良,运行稳定,可为机场安全管控提供有效技术手段,为飞机尾流的短时行为预测、危害评估和动态间隔标准制定等提供基础支撑。 飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流,对后续飞机飞行安全具有重大影响,其探测已成为制约机场容量增长和影响空中交通安全管理的瓶颈,亟需发展飞机尾流雷达探测和监视的技术与系统。该文构建了基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统,可基于实测数据反演得到尾流涡心位置和速度环量等特征参数。同时构建了尾流动力学、散射特性与雷达回波仿真模块,可实现参数反演算法的性能评估。该系统的参数反演性能优良,运行稳定,可为机场安全管控提供有效技术手段,为飞机尾流的短时行为预测、危害评估和动态间隔标准制定等提供基础支撑。
外辐射源雷达系统反隐身性能强、隐蔽性好、生存能力强,在军用和民用领域都具有十分广阔的应用场景。为了有效地对低信噪比的弱目标进行检测,并且同时满足系统的实时性需求,该文针对外辐射源雷达系统的特点,依据检测前跟踪算法的思想,提出一种基于信息积累的外辐射源雷达系统目标检测方法。该方法首先将目标状态空间离散格点化,然后利用递推贝叶斯滤波的思想在多帧观测数据之间进行目标状态信息的传递和积累,最后利用信息熵作为判决目标是否存在的条件,避免了对目标存在和目标不存在两种状态之间转移概率模型的先验假设,是一种实现简单、计算复杂度低、可并行度高的目标检测方法。实验结果表明,该方法不仅运行时间短,实时性能强,而且具有良好的检测性能和一定的鲁棒性。 外辐射源雷达系统反隐身性能强、隐蔽性好、生存能力强,在军用和民用领域都具有十分广阔的应用场景。为了有效地对低信噪比的弱目标进行检测,并且同时满足系统的实时性需求,该文针对外辐射源雷达系统的特点,依据检测前跟踪算法的思想,提出一种基于信息积累的外辐射源雷达系统目标检测方法。该方法首先将目标状态空间离散格点化,然后利用递推贝叶斯滤波的思想在多帧观测数据之间进行目标状态信息的传递和积累,最后利用信息熵作为判决目标是否存在的条件,避免了对目标存在和目标不存在两种状态之间转移概率模型的先验假设,是一种实现简单、计算复杂度低、可并行度高的目标检测方法。实验结果表明,该方法不仅运行时间短,实时性能强,而且具有良好的检测性能和一定的鲁棒性。
通过被动接收辐射源信号并确定其位置的无源定位技术,在电子侦察、搜索救援等领域具有重要价值。传统测向交叉、时差、频差等无源定位技术通常需要两步实现辐射源的定位,第1步通过截获的信号采样估计与辐射源位置有关的定位参数,第2步利用这些定位参数求解辐射源的位置,这种处理方式带来了信息量损失、定位参数关联困难、系统灵敏度需求高等问题。近十几年来,兴起了一种无需估计定位参数,而是直接处理原始采样信号获得辐射源位置估计的直接定位(DPD)技术,其具有适应低信噪比、无需参数关联、鲁棒性强等优势。在对已有直接定位技术进行全面总结基础上,该文归纳了基于不同信息类型的典型直接定位技术、特殊信号直接定位技术、高分辨率高精度直接定位技术、直接定位快速算法以及直接定位模型误差校正技术等已有成果,并对直接定位未来发展方向进行展望。 通过被动接收辐射源信号并确定其位置的无源定位技术,在电子侦察、搜索救援等领域具有重要价值。传统测向交叉、时差、频差等无源定位技术通常需要两步实现辐射源的定位,第1步通过截获的信号采样估计与辐射源位置有关的定位参数,第2步利用这些定位参数求解辐射源的位置,这种处理方式带来了信息量损失、定位参数关联困难、系统灵敏度需求高等问题。近十几年来,兴起了一种无需估计定位参数,而是直接处理原始采样信号获得辐射源位置估计的直接定位(DPD)技术,其具有适应低信噪比、无需参数关联、鲁棒性强等优势。在对已有直接定位技术进行全面总结基础上,该文归纳了基于不同信息类型的典型直接定位技术、特殊信号直接定位技术、高分辨率高精度直接定位技术、直接定位快速算法以及直接定位模型误差校正技术等已有成果,并对直接定位未来发展方向进行展望。
辐射源个体识别是一种仅通过信号的外部特征测量手段,提取辐射源指纹特征,从而识别发射给定信号的特定辐射源个体的技术。近年来,辐射源个体识别技术相关理论与实践应用不断完善,指纹特征提取方法的研究取得了较大的进展。该文在分析国内外大量学术研究成果的基础上,从指纹特征的内在逻辑出发提出了一种新的特征框架。该框架根据不同特征对辐射源指纹的描述特性以及相互之间的关联,将指纹特征划分为直接测量特征和降维变换特征两大类共3个层次,并系统性地梳理了辐射源指纹特征提取方法的研究现状。最后,该文对辐射源指纹特征提取的几个潜在研究方向进行了分析和展望, 希望对辐射源个体识别的研究和应用有所裨益。 辐射源个体识别是一种仅通过信号的外部特征测量手段,提取辐射源指纹特征,从而识别发射给定信号的特定辐射源个体的技术。近年来,辐射源个体识别技术相关理论与实践应用不断完善,指纹特征提取方法的研究取得了较大的进展。该文在分析国内外大量学术研究成果的基础上,从指纹特征的内在逻辑出发提出了一种新的特征框架。该框架根据不同特征对辐射源指纹的描述特性以及相互之间的关联,将指纹特征划分为直接测量特征和降维变换特征两大类共3个层次,并系统性地梳理了辐射源指纹特征提取方法的研究现状。最后,该文对辐射源指纹特征提取的几个潜在研究方向进行了分析和展望, 希望对辐射源个体识别的研究和应用有所裨益。
基于民用通信信号的无源雷达由于其辐射源分布密集,主通道与参考通道容易同时受同频辐射源干扰,严重影响检测效果。针对上述问题,该文提出了一种加入同频干扰抑制的信号处理流程。改进流程首先对所有通道接收信号联合处理,使用多通道盲反卷积算法估计各个辐射源直达波,再利用各通道主辐射源信号能量占比差异识别主辐射源直达波作为参考信号,然后对主通道中各辐射源杂波信号进行对消,最后用主辐射源直达波与对消剩余信号进行互模糊运算,完成目标检测。改进流程可以在不改变现有系统硬件条件的情况下有效抑制同频干扰,提升对消比,降低互模糊函数底噪,减少漏警。仿真分析与实测数据验证说明了该方法的正确性和有效性。 基于民用通信信号的无源雷达由于其辐射源分布密集,主通道与参考通道容易同时受同频辐射源干扰,严重影响检测效果。针对上述问题,该文提出了一种加入同频干扰抑制的信号处理流程。改进流程首先对所有通道接收信号联合处理,使用多通道盲反卷积算法估计各个辐射源直达波,再利用各通道主辐射源信号能量占比差异识别主辐射源直达波作为参考信号,然后对主通道中各辐射源杂波信号进行对消,最后用主辐射源直达波与对消剩余信号进行互模糊运算,完成目标检测。改进流程可以在不改变现有系统硬件条件的情况下有效抑制同频干扰,提升对消比,降低互模糊函数底噪,减少漏警。仿真分析与实测数据验证说明了该方法的正确性和有效性。
该文论述了利用新近研制的小型化多通道外辐射源雷达系统,开展基于长期演进(LTE)信号的外辐射源雷达目标探测实验研究的情况。首先从实测信号的模糊函数出发,探讨了该信号作为第三方照射源的优势。然后介绍了该体制雷达的系统方案设计以及外场实验。最后给出了不同目标的典型探测结果,从实验上证实了利用LTE信号实现地面及低空目标探测的技术可行性,为该探测技术的发展奠定了基础。 该文论述了利用新近研制的小型化多通道外辐射源雷达系统,开展基于长期演进(LTE)信号的外辐射源雷达目标探测实验研究的情况。首先从实测信号的模糊函数出发,探讨了该信号作为第三方照射源的优势。然后介绍了该体制雷达的系统方案设计以及外场实验。最后给出了不同目标的典型探测结果,从实验上证实了利用LTE信号实现地面及低空目标探测的技术可行性,为该探测技术的发展奠定了基础。