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海洋科学进展 2024年

作者：张梦妮王祎鸣吴勇剑山东科技大学海洋科学与工程学院自然资源部第一海洋研究所自然资源部北海预报减灾中心

船载地波雷达易受复杂海况和平台运动的影响，导致其对海上船只目标的检测能力降低，尤其是对密集多目标区和弱目标区的探测更加困难。针对上述问题，本文提出一种改进实例分割区域卷积神经网络（Mask Region Convolutional Neural Netw... 详细信息

船载地波雷达易受复杂海况和平台运动的影响，导致其对海上船只目标的检测能力降低，尤其是对密集多目标区和弱目标区的探测更加困难。针对上述问题，本文提出一种改进实例分割区域卷积神经网络（Mask Region Convolutional Neural Network, Mask R-CNN）的船载地波雷达目标检测方法。首先，构建船载地波雷达距离-多普勒谱数据集，发展了船载地波雷达船只目标样本自适应特征提取算法；然后，将Mask R-CNN引入船载地波雷达距离-多普勒谱图的目标检测和实例分割，进而结合卷积块的注意力机制实现目标回波深层特性信息的挖掘；最后，通过实测数据和船舶自动识别系统对本文方法进行验证。实验结果表明：与Mask R-CNN、YOLOv7与背景识别CFAR方法相比，本文提出的方法不仅减少了常规背景下的目标漏检情况，而且能够有效检测强海杂波干扰下的弱目标以及多船只回波相互重叠的聚集区域目标，提高了船载地波雷达对海上船只目标的探测能力。

关键词：船载地波雷达目标检测 Mask R-CNN 实例分割注意力机制

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抛锚状态下的船载地波雷达目标自适应检测方法

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电波科学学报 2022年第2期37卷 251-261页

作者：公维春纪永刚黎明王祎鸣张杰自然资源部第一海洋研究所青岛266061 中国石油大学(华东) 青岛266580 中国海洋大学青岛266100

船载地波雷达可利用船载平台机动灵活的特点,扩展地波雷达探测范围,但也会由于平台的运动,影响目标探测性能.针对船载平台抛锚运动引起艏向变化和目标回波展宽范围不规则导致目标检测性能下降的问题,提出了一种适用于平台抛锚状态时的... 详细信息

船载地波雷达可利用船载平台机动灵活的特点,扩展地波雷达探测范围,但也会由于平台的运动,影响目标探测性能.针对船载平台抛锚运动引起艏向变化和目标回波展宽范围不规则导致目标检测性能下降的问题,提出了一种适用于平台抛锚状态时的船载地波雷达目标自适应检测方法.首先,从平台抛锚时船载地波雷达的目标回波特性和检测背景统计特性两个方面来分析目标检测中的难题.然后,基于理论仿真与实测数据的分析结果,提出目标自适应检测方法.该方法先通过前端数据的预处理消除艏向变化带来的影响,再将处理结果进行检测背景的自适应选取并作统计特性转化处理,经过恒虚警率检测后得到检测结果.最后,利用实测数据对本文提出的方法进行验证.结果表明:本文提出的船载地波雷达目标自适应检测方法能够有效解决船载平台抛锚时的目标检测难题,可显著提高抛锚状态下船载地波雷达的目标探测能力.

关键词：船载地波雷达抛锚状态目标检测回波特性统计特性自适应背景区选取

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基于检测前跟踪方法的船载地波雷达船只目标航迹起始

基于检测前跟踪方法的船载地波雷达船只目标航迹起始

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作者：高昆鹏自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

高频地波雷达利用垂直极化高频电磁波沿海面绕射传播的特性,能够探测到视距以外的目标,具有远距离、大面积探测的优点。船载地波雷达除了具备岸基地波雷达的优点外,还可利用移动平台灵活机动的特点,突破岸基地波雷达探测区域固定的限制... 详细信息

高频地波雷达利用垂直极化高频电磁波沿海面绕射传播的特性,能够探测到视距以外的目标,具有远距离、大面积探测的优点。船载地波雷达除了具备岸基地波雷达的优点外,还可利用移动平台灵活机动的特点,突破岸基地波雷达探测区域固定的限制,拓展其探测范围,是近年来地波雷达技术研究的热点。受到船载平台运动的影响,船载地波雷达目标跟踪探测方法相比于岸基地波雷达有所不同,面临诸多困难。其中,航迹起始是地波雷达目标跟踪的第一步,也是非常重要的阶段,直接影响到目标航迹的跟踪质量。本文结合船载地波雷达的特点,开展了基于检测前跟踪方法的船载地波雷达船只目标航迹起始研究。论文主要工作内容如下:1.研究了船载地波雷达回波谱中的目标航迹特性。首先分析了单帧RD谱中船载平台运动和一阶海杂波展宽对目标信号的影响;然后推导了船载地波雷达目标运动模型和量测模型,并通过仿真和实测数据分析了连续帧内的目标航迹特性。分析表明,船载地波雷达目标航迹量测值存在非线性变化特性;抛锚状态下船载平台航速和主轴角度抖动剧烈,会加剧目标信号的展宽和径向速度的波动,导致目标信号交叠并降低目标的可关联性;航行状态下目标淹没在展宽的海杂波信号中,目标航迹信号闪烁、信噪比较低导致航迹起始困难。2.发展了基于DP-TBD的船载地波雷达航迹起始方法。首先将基于DP-TBD的航迹起始方法用于船载地波雷达,给出了目标航迹起始结果;然后针对一阶海杂波强信号点和目标展宽信号冗杂导致的虚假航迹等问题,在构建RDT三维结构中,采用较短的相干积累时间和滑窗时间,缓解了船载平台运动对目标信号展宽的影响,提高了目标信息在帧间的关联性;结合船载地波雷达目标在距离单元格的长时间驻留特性和径向速度与径向距离变化率的线性关系,发展了基于改进DP-TBD的船载地波雷达目标航迹起始方法,剔除了虚假目标航迹,改善了航迹起始效果。3.针对船载平台航行状态下展宽一阶海杂波区信号闪烁弱目标的航迹起始问题,发展了基于伪谱的船载地波雷达船只目标航迹起始方法。首先仿真分析了利用目标展宽信息构建伪谱对多时刻目标信号积累的有效作用;然后结合目标信号在距离-多普勒域中的移动规律提出了基于伪谱的船载地波雷达船只目标航迹起始方法;再结合实际情况提出了采用低门限CFAR检测点与伪谱信号积累点共同确认真实航迹的策略;最后通过岸基地波雷达和船载地波雷达实测数据进行了验证。验证结果表明,该方法可以实现船载地波雷达展宽一阶海杂波下具有信号闪烁特性的低信噪比（5d B）目标的航迹起始。4.综合不同航迹起始方法的优势及条件适应性,本文给出了适用于船载地波雷达目标跟踪处理流程。首先,在航迹起始阶段给出了基于滑窗处理的航迹起始策略,在航迹维持阶段采用统一方位基准的最小代价数据关联方法,完成目标跟踪应用;然后,给出基于AIS数据的航迹质量评价方法,并以此开展了目标跟踪结果分析与评价。结果表明,本文给出的船载地波雷达目标跟踪数据处理流程具有一定的适用性,在船载平台不同运动状态下均能得到目标跟踪结果。

关键词：船载地波雷达航迹起始检测前跟踪船只目标实验验证

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船载地波超视距雷达目标探测中的运动补偿方法研究

船载地波超视距雷达目标探测中的运动补偿方法研究

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作者：格日乐图内蒙古大学

学位级别：硕士

船载超视距地波雷达除具有岸基地波雷达的优点外,还具有平台的机动灵活性、不受场地制约等长处。并且随着船的持续航行,能够对更大片的海域进行海态实时监测。因此成为海洋遥感探测应用中的必不可少的手段。但由于船载地波雷达安装在可... 详细信息

船载超视距地波雷达除具有岸基地波雷达的优点外,还具有平台的机动灵活性、不受场地制约等长处。并且随着船的持续航行,能够对更大片的海域进行海态实时监测。因此成为海洋遥感探测应用中的必不可少的手段。但由于船载地波雷达安装在可移动的平台上,导致平台运动对地波雷达回波谱的干扰增大,使得目标检测变得相对困难。且目前对船载地波雷达平台运动引起回波谱干扰问题相关的研究较少,因此本文针对船载地波雷达平台运动引起的回波谱干扰问题进行研究,建立模型,在MATLAB环境中完成仿真验证,并应用于实测数据分析。论文主要完成的工作有:1.针对舰船所受的六自由度运动,建立了船载平台坐标系,分析总结了各运动的特点。利用建立的坐标系,仿真实现了海杂波及目标回波谱,并根据地波雷达运行机理及目标与船载平台之间的运动关系,分析了船载地波雷达海杂波及目标回波特征,与实测数据进行对比。2.针对船载地波雷达目标探测应用,在分析了船载地波雷达目标与海杂波回波特征的基础上,对海杂波通道回波谱展宽问题,提出了基于姿态信息的运动补偿处理方法。通过匀速、非匀速、考虑速度误差等情况下的仿真回波谱数据验证了算法的准确性。3.利用岸基地波雷达及船载地波雷达一阶海杂波雷达散射截面积方程的不同之处,提出了一种基于一阶海杂波雷达散射截面积方程的运动补偿方法,同时推导出了根据海杂波展宽的大小求估计航行速度的方法,并结合求出的速度与补偿方法,补偿处理了仿真船载地波雷达海杂波回波谱。4.对比两种运动补偿方法后,选取了性能较好的基于姿态信息的船载地波雷达运动补偿方法,处理了增加目标信号的回波谱仿真数据以及利用实测姿态信息的仿真回波谱数据。通过与实测回波谱对比验证,本文设计的回波谱仿真模型效果较好。并且根据仿真回波谱的补偿处理结果得到的基于姿态数据的船载地波雷达运动补偿方法获得良好效果。

关键词：船载地波雷达海杂波特征分析目标特征分析相位补偿运动补偿

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