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低空小目标探测雷达鲁棒性检测跟踪方法研究

低空小目标探测雷达鲁棒性检测跟踪方法研究

作者：施富强北京理工大学

学位级别：硕士

低空小目标雷达截面积小,雷达探测时的仰角较低,容易受地面强杂波的影响,因此对此类目标进行鲁棒地检测跟踪是低空探测系统面临的一个难题。针对上述问题,本文对低空小目标的检测跟踪算法进行了研究。通过杂波抑制、特征辅助、虚警抑制... 详细信息

低空小目标雷达截面积小,雷达探测时的仰角较低,容易受地面强杂波的影响,因此对此类目标进行鲁棒地检测跟踪是低空探测系统面临的一个难题。针对上述问题,本文对低空小目标的检测跟踪算法进行了研究。通过杂波抑制、特征辅助、虚警抑制、正则化量测估计等方法,增强了算法鲁棒性。论文主要研究内容如下:1)对于脉冲多普勒（PD）雷达,经过动目标检测（MTD）处理后强地杂波的主瓣与目标分离,但是其副瓣依旧会影响小目标检测。针对该问题,本文研究了一种自适应CLEAN杂波抑制算法。该算法基于多散射点模型构造理想杂波谱,并通过最小二乘法对各杂波散射点的幅度进行优化求解,使杂波对消后的残余能量最小。在杂波抑制的基础上,使用杂波图进行目标检测,并通过仿真比较了杂波图面处理技术以及改进的混合杂波图技术和传统CA CFAR技术的检测性能。2)在目标检测阶段,研究了基于多特征辅助的虚警抑制技术,讨论了使用图像特征中的颜色直方图、灰度共生矩阵以及HU不变矩以及微多普勒特征进行虚警抑制的可行性,并对其进行了仿真。在航迹跟踪阶段研究了一种速度匹配的虚假航迹剔除方法,通过判断多普勒速度和距离差分平均速度的匹配度来抑制部分虚假航迹。3)针对散射点聚集过程,点迹集合不稳定导致系统测量误差增大的问题,研究基于正则化理论的量测估计方法,通过引入一个惩罚因子项,估计航迹关联量测,以减小量测误差、平滑航迹滤波输出。通过参数自适应调整,对航迹历史和新息进行平衡,保证了更好的跟踪稳定性。

关键词：低空小目标杂波抑制特征辅助正则化估计鲁棒性

基于深度学习的雷达低空小目标自动识别技术研究

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基于深度学习的雷达低空小目标自动识别技术研究

作者：潘光松电子科技大学

学位级别：硕士

无人机的发展和普及给机场、军事要地以及大型水电站等重要区域带来安全隐患。因此,对于无人机的探测和管控成为急需解决的问题。雷达作为目标探测的重要手段,能接收目标散射的电磁回波获得目标的空间位置、运动状态和形状尺寸等信息,... 详细信息

无人机的发展和普及给机场、军事要地以及大型水电站等重要区域带来安全隐患。因此,对于无人机的探测和管控成为急需解决的问题。雷达作为目标探测的重要手段,能接收目标散射的电磁回波获得目标的空间位置、运动状态和形状尺寸等信息,这也让无人机和鸟类等低空小目标的识别成为可能。因此,研究基于雷达信号的低小慢目标识别方法,为无人机的监管提供技术保障,具有重要的研究意义和应用价值。据此,本文主要研究了在调频连续波雷达体制下基于深度学习的低空小目标识别技术。主要研究内容如下:1.结合线性调频连续波雷达(LFMCW)的工作机制,分别对无人机叶片和鸟类翅膀建立微动模型,推导无人机和鸟类的回波公式。仿真建模得到单旋翼无人机、四旋翼无人机、六旋翼无人机和鸟类这4类目标的回波,使用短时傅里叶变换(STFT)得到这4类目标的微多普勒谱图,并利用微多普勒谱图进行目标特性分析。2.将仿真得到的4类目标微多普勒谱图作为输入,结合深度学习理论,提出了一种基于自编码卷积神经网络(DSAE-CNN)的分段式低空小目标分类识别方法。该方法考虑到多普勒谱图数据维度过大的问题,首先对微多普勒谱图进行了网格划分,并采用熵排序法选取微多普勒子图作为自编码器的输入;然后设计一个深度稀疏自编码器,采用无监督训练方法实现目标深度特征提取;最后改进了VGG模型完成目标分类。实验验证了在不同条件下DSAE-CNN的有效性。3.针对常规的机械扫描搜索雷达采集到的低数据率航迹数据,分析了数据中的目标运动特征和RCS序列特性。将先验知识提取的运动特征结合原始探测数据作为输入,提出了知识和数据联合驱动下基于多通道残差结构的MCRLNET网络。该网络的卷积层使用了多个不同尺寸的卷积核,用于完成多尺度特征提取;在不同层之间引入残差结构,避免网络的退化;采用LSTM结构获取多个时间点之间的特征关联性。在实测数据上验证了该模型的分类有效性,该模型能够达到91%以上的识别率,相比于经典机器学习算法其识别率提高至少4%。4.针对实测数据样本量较少的问题,采用孪生网络架构,将MCR网络作为其子网络,构建Sia-MCRNET网络实现小样本情况下的低空小目标分类识别。根据孪生网络的输入要求,构建对比样本数据集。对比小样本情况下Sia-MCRNET与MCRLNET的识别结果,验证了Sia-MCRNET的有效性。

关键词：低空小目标 LFMCW雷达微多普勒谱图航迹数据深度学习

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近程低空红外小目标检测及跟踪技术研究

近程低空红外小目标检测及跟踪技术研究

作者：邵文博南京理工大学

学位级别：硕士

随着国内低空空域的不断开放,如何监测管理低空飞行的无人机是一个十分值得研究且具有挑战性的内容。由于红外图像传感器具备全天成像以及可以适应多种气候条件的特点,因此使用红外图像检测对低空小目标进行检测是一个不错的选择,红外... 详细信息

随着国内低空空域的不断开放,如何监测管理低空飞行的无人机是一个十分值得研究且具有挑战性的内容。由于红外图像传感器具备全天成像以及可以适应多种气候条件的特点,因此使用红外图像检测对低空小目标进行检测是一个不错的选择,红外小目标检测和跟踪也成为红外图像处理领域一项重要的研究内容。本文主要研究在复杂背景下,利用红外成像对低空飞行的小目标进行检测和跟踪。论文利用基于人类视觉机制（HVS,Human Visual System）的红外小目标检测算法,并针对在复杂背景下检测率低的问题进行改进。跟踪算法是从近年来性能优异的核相关滤波器（Kernel Correlation Filters,KCF）算法入手,针对其应用于小目标跟踪时在复杂背景下跟踪的不足,进行改进。本文主要的研究内容如下:（1）针对AAGDM（Average Absolute Gray Difference Map,AAGDM）对红外图像中的边缘会产生增强,从而导致产生误检现象的问题,利用红外小目标具有局部灰度值突变的特点,引入对角灰度均值差,利用红外小目标成像特点对图像中易产生误检的区域进行进一步判断,从而降低对图像中各类边缘误判而导致的高虚警率问题。（2）由于KCF在对红外小目标跟踪时,在复杂背景下会导致跟踪丢失,利用一种保边去噪性能优秀的传播滤波器（propagated filter,PF）对图像进行滤波,将原红外图像与滤波结果作差,将得到的差值图像作为用于KCF跟踪的基样本,从而提高了KCF算法的跟踪准确率。（3）采用嵌入式ARM平台,通过基于嵌入式Linux并利用Qt和Open CV对算法进行移植,实现对小目标的检测和跟踪。利用自己采集的数据集对算法进行验证,并通过仿真实验对算法的实时性进行测试。

关键词：低空小目标红外小目标检测和跟踪 HVS KCF ARM

基于Keystone变换的低空小目标雷达探测方法

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现代导航 2020年第2期11卷 126-130页

作者：侯彦中国电子科技集团公司第二十研究所西安710068

长时间相参积累是低空小目标雷达探测的有效手段,然而对于较大速度的目标,长时间相参积累存在距离走动的问题。针对该问题,本文提出了一种基于Keystone变换的低空小目标探测方法。首先,给出了低空小目标探测所面临的长时间相参积累问题... 详细信息

长时间相参积累是低空小目标雷达探测的有效手段,然而对于较大速度的目标,长时间相参积累存在距离走动的问题。针对该问题,本文提出了一种基于Keystone变换的低空小目标探测方法。首先,给出了低空小目标探测所面临的长时间相参积累问题;然后提出了基于Keystone变换的探测方法及快速实现方法;最后给出典型仿真目标的仿真结果。所提方法可以同时解决大速度范围内的目标统一探测问题,仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：低空小目标统一探测长时间相参积累 Keystone变换

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基于跟踪雷达低空小目标稳定跟踪的优化

火控雷达技术 2017年第1期46卷 29-31,59页

作者：李耀南张金凤郑东卫西安电子工程研究所西安710100

由于某火控系统对低空小目标精确打击的需要,在其配套的火控跟踪雷达上要实现对低空小目标的稳定精确跟踪。然而低空意味着有很强的地杂波干扰,小目标由于本身RCS反射截面积较小,往往容易被回波中强地杂波淹没,从而造成跟踪丢失,针对该... 详细信息

由于某火控系统对低空小目标精确打击的需要,在其配套的火控跟踪雷达上要实现对低空小目标的稳定精确跟踪。然而低空意味着有很强的地杂波干扰,小目标由于本身RCS反射截面积较小,往往容易被回波中强地杂波淹没,从而造成跟踪丢失,针对该情况提出了一系列优化改进措施,其中最为核心的便是二维恒虚警检测与四维跟踪。

关键词：跟踪雷达低空小目标二维恒虚警检测四维跟踪

红外复杂背景条件下低空小目标检测技术研究及其工程实现

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红外复杂背景条件下低空小目标检测技术研究及其工程实现

作者：邱思棋国防科学技术大学

学位级别：硕士

红外目标检测技术是红外自动目标识别的关键技术之一,是目标识别与跟踪的基础。本文在充分认清当前国际国内反恐安全形势下,结合武警部队反恐处突职能,适应有效打击恐怖势力的武器需求,针对红外复杂低空背景条件下具有威胁性小目标的相... 详细信息

红外目标检测技术是红外自动目标识别的关键技术之一,是目标识别与跟踪的基础。本文在充分认清当前国际国内反恐安全形势下,结合武警部队反恐处突职能,适应有效打击恐怖势力的武器需求,针对红外复杂低空背景条件下具有威胁性小目标的相关检测技术进行了分析与研究,并结合有关课题的开展进行了工程实现。本文首先在对复杂背景条件下红外低空小目标图像进行数学建模的基础上,讨论和分析了红外图像背景、目标和噪声的相关特征表现,进而总结提出了红外复杂背景条件下低空小目标检测系统的基本原理,并进行了简要的系统模块分析,确立了工程研究的基本思路;而后重点通过对几种典型背景抑制算法进行定性和定量的比较分析,结合工程实践,选择了基于自适应wiener滤波的背景抑制算法作为最适合的工程实现方法;最后,结合本文的模块算法设计,通过分析FPGA在当前工程应用中的优势和特点,将其作为工程实现的方向,在此基础上,分别对基于自适应wiener滤波的图像背景抑制模块和基于最大似然比的潜在目标提取模块进行了FPGA设计实现,同时针对设计模块中的加法器、乘法器、除法器几种主要器件分别进行了研究设计和仿真分析,并就模块功能进行了实验验证与测试。结果表明,实现的硬件设计满足系统功能和工程要求,能够为后续整体小目标检测系统的实现提供有效的硬件设计基础。在工程实际中,将本文的设计模块与系统其它模块进行连接调试和现场实测,最终通过了工程验收,并在一些大型活动的安全保卫工作中得到了有效应用。

关键词：红外复杂背景低空小目标红外图像模型背景抑制加法器乘法器除法器最大似然比

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球载雷达探测低空小目标的性能分析

舰船电子对抗 2012年第2期35卷 38-43,57页

作者：杨大伟解放军94326部队

球载雷达具有较强的低空和超低空探测能力。由于雷达探测平台的升高,导致雷达波束会直接照射地面,另外移动工作的球载雷达平台会使地杂波频谱展宽,所以球载雷达接收到的地杂波强度比地面雷达多10dB左右,增加了探测低空小目标的难度。从... 详细信息

球载雷达具有较强的低空和超低空探测能力。由于雷达探测平台的升高,导致雷达波束会直接照射地面,另外移动工作的球载雷达平台会使地杂波频谱展宽,所以球载雷达接收到的地杂波强度比地面雷达多10dB左右,增加了探测低空小目标的难度。从雷达对探测目标所受制约的因素出发,对影响到球载雷达在探测低空小目标时的各因素进行了综合分析和仿真,为球载雷达的设计提供了一定的指导作用。

关键词：球载雷达低空小目标巡航导弹改善因子

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情报雷达低空小目标探测能力评估方法研究

空军雷达学院学报 2009年第2期23卷 79-82页

作者：陈华伟李侠曹永辉蔡万勇空军雷达学院研究生管理大队武汉430019 空军雷达学院陆基预警监视装备系武汉430019

针对情报雷达探测低空小目标问题,综合考虑了大气传输损耗、大气折射、多路径效应、地面和海面杂波干扰、目标发现概率要求等有关因素,建立了多约束条件下的目标回波估算模型、低空探测杂波功率估算模型,给出了一种实用的低空小目标实... 详细信息

针对情报雷达探测低空小目标问题,综合考虑了大气传输损耗、大气折射、多路径效应、地面和海面杂波干扰、目标发现概率要求等有关因素,建立了多约束条件下的目标回波估算模型、低空探测杂波功率估算模型,给出了一种实用的低空小目标实际探测能力综合评估方法.并结合具体低空补盲雷达参数进行了仿真分析,验证了该算法的有效性.

关键词：情报雷达低空小目标探测能力评估

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面向低慢小目标的5G辐射源探测机理研究

面向低慢小目标的5G辐射源探测机理研究

作者：吴雨欣哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着民用无人机行业的崛起和低空空域的开放，无人机频繁地被用来进行隐私窥探，恐怖袭击等活动，危害了人民的隐私财产安全。而传统的低空目标探测手段很难在复杂的城市环境中对尺寸较小，速度较低的低空小目标进行有效探测。　　基于... 详细信息

随着民用无人机行业的崛起和低空空域的开放，无人机频繁地被用来进行隐私窥探，恐怖袭击等活动，危害了人民的隐私财产安全。而传统的低空目标探测手段很难在复杂的城市环境中对尺寸较小，速度较低的低空小目标进行有效探测。　　基于以上背景，本文提出了一种适用于城市环境的低空目标探测方案，使用城市中的5G信号作为雷达的辐射信号，5G基站作为雷达发射机与部分接收机，依赖目标的后向反射波与前向散射波共同完成对目标的定位与分类，实现对低空小目标的有效检测与监控。　　本文系统地论述了基于5G辐射源的低空目标探测机理，首先基于5G NR协议分析了5G信号的帧结构，验证了5G信号较佳的雷达探测性能。构建了前向散射波探测模型，推导了全息信号表达式，仿真验证了目标的全息信号可以包含目标的中线信息与高度差信息，可使用该特征信息作为目标分类的特征信息。研究了基于后向反射的目标探测机理，推导了二维周期图的估计算法，对比了不同窗函数下该算法的表现，仿真验证了后向反射可以完成对目标位置和速度的有效估计。最后设计了一种基于USRP的低慢小目标探测系统，并结合GNU Radio和USRP B210完成了该套系统的硬件搭建，利用实测数据验证了该探测方案的可行性。

关键词：低空小目标雷达探测 5G辐射源后向反射