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基于方位不变特征的地雷检测方法

信号处理 2011年第8期27卷 1126-1132页

作者：曲笑江王玉明施云飞宋千国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073

车载前视超宽带地表穿透雷达在地雷探测中遇到的困难是虚警率过高,地雷与杂波在全孔径图像中很难准确区分。为降低地雷探测过程中的虚警率,该文提出一种基于目标子孔径图像方位不变性的检测方法。该方法利用分裂发射虚拟孔径成像模型,... 详细信息

车载前视超宽带地表穿透雷达在地雷探测中遇到的困难是虚警率过高,地雷与杂波在全孔径图像中很难准确区分。为降低地雷探测过程中的虚警率,该文提出一种基于目标子孔径图像方位不变性的检测方法。该方法利用分裂发射虚拟孔径成像模型,将全孔径图像分解为左右两个子孔径图像,并根据子孔径图像中的目标一维距离剖线建立双峰特征模型。在此模型基础上提取具有方位不变性的若干特征,进而得到左右子孔径图像中目标的一致性度量,并将该一致性度量作为最终的特征向量送入鉴别器加以判别。经实测数据验证,该算法能有效剔除原先在全孔径图像中无法剔除的杂波,从而降低前视地表穿透合成孔径雷达中地雷探测的虚警率。

关键词：方位不变性虚拟孔径特征提取地雷检测

基于Rail-GPSAR实测数据的地雷检测新方法

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信号处理 2007年第5期23卷 651-656页

作者：杨延光周智敏金添宋千国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

本文借鉴恒虚警率(CFAR)思想估计图像数据中杂波的统计量,实现图像的预白化处理。在训练图像中选取地雷图像切片的距离向中心切线作为本征向量构造训练数据阵,获取检测器的参数估计,结合主分量分析设计高效的偏差最优线性二次(DOLQ)检... 详细信息

本文借鉴恒虚警率(CFAR)思想估计图像数据中杂波的统计量,实现图像的预白化处理。在训练图像中选取地雷图像切片的距离向中心切线作为本征向量构造训练数据阵,获取检测器的参数估计,结合主分量分析设计高效的偏差最优线性二次(DOLQ)检测器。验证了DOLQ检测器输出的灰度图像服从Gamma分布,利用其分布参数和实测数据特点确定整体阈值。对得到的二元图像利用形态学操作获取可疑目标块,然后通过整体阈值和局部门限确定的自适应阈值对其进行二次检测,以确保无漏检的情况下尽可能降低虚警。基于图像中目标能量的空间范围,提出了利用能量环对预白化处理后的图像进行目标检测。最后,提出了一种将能量环与DOLQ检测器的检测结果进行决策级融合的新方法,完成对不同土壤环境、埋设深度地雷的检测。对实际图像的检测结果表明,新方法能够显著降低虚警,且具有较好的稳健性。

关键词：探地雷达地雷检测预白化处理特征提取主分量分析

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基于物理模型的地雷检测方法研究

基于物理模型的地雷检测方法研究

作者：曲笑江国防科学技术大学

学位级别：硕士

通常情况下,由于地雷目标较小且所处环境复杂,基于能量的简单检测方法虚警率过高。本文根据实际雷达系统几何模型和地雷物理特性,分析了地雷散射模型并将其参数化,得到地雷的有效特征并将其用于鉴别。本文针对国防科学技术大学研制的... 详细信息

通常情况下,由于地雷目标较小且所处环境复杂,基于能量的简单检测方法虚警率过高。本文根据实际雷达系统几何模型和地雷物理特性,分析了地雷散射模型并将其参数化,得到地雷的有效特征并将其用于鉴别。本文针对国防科学技术大学研制的车载前视超宽带地表穿透雷达,首先分析其等效单站模型及全孔径和各子孔径成像特点;然后对地雷电磁散射特性进行建模,说明双峰特征的形成机理及其方位一致性。预筛选是目标检测重要环节,能够有效降低运算量并获取疑似目标区域,是特征提取的必要准备。本文采用常规的检测流程,包括耦合信号抑制、图像增益均衡、恒虚警检测、形态学滤波和加权聚类等。在地雷鉴别过程中,本文选取四个与成像几何及地雷结构相关的特征,分别是方位视角偏离度,双峰特征模型中的双峰间距、双峰峰值比以及主峰宽度。根据特征确定性的特点,分别采用简单门限比较和超球面支持向量机一类分类器进行目标鉴别,在较低虚警率的情况下得到了较高的检测率。通过实测数据验证,基于物理模型提取的特征能够有效抑制杂波,并获得较高检测率。同时,由于成像分辨率受到带宽和孔径长度影响,而其对于目标特征提取密切相关,本文又研究了APES超分辨成像和压缩感知稀疏成像以及基于超分辨图像的特征提取和鉴别方法,这也为地雷目标鉴别研究探索了一条新途径。

关键词：地雷检测物理模型双峰特征模型鉴别

一种基于车载探地雷达阵列的地雷实时检测方法

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地球物理学进展 2019年第6期34卷 2414-2420页

作者：程丹丹施兴华王成浩中国电子科技集团公司第二十二研究所青岛266107 近地面探测技术重点实验室无锡214035

相对金属探雷器和单通道探地雷达,采用车载探地雷达阵列探测系统能对雷场进行快速检测.但是,雷达阵列单位时间内采集的数据量大,且器件间的干扰信号多,使得实时地雷目标检测算法更有难度.本文实现了一套完整的基于车载探地雷达阵列的实... 详细信息

相对金属探雷器和单通道探地雷达,采用车载探地雷达阵列探测系统能对雷场进行快速检测.但是,雷达阵列单位时间内采集的数据量大,且器件间的干扰信号多,使得实时地雷目标检测算法更有难度.本文实现了一套完整的基于车载探地雷达阵列的实时地雷目标检测方法.首先,在车体前进方向上对阵列雷达数据进行预处理,以突显目标响应,压制干扰信号;然后,在阵列排布方向上计算检测窗口内图像的方向梯度直方图(HOG)特征,利用训练好的支持向量机(SVM)预测识别疑似地雷;另外,采用权重判断法和能量分析法剔除部分虚假目标;最后,在车体前进方向上,基于地雷目标尺寸大小压制部分虚警并确定地雷目标,同时对地雷目标进行定位,确定地雷埋深,在深度可调的深度切片上实时显示地雷目标.试验数据表明:该方法能对地雷目标进行实时检测,并明显降低了地雷目标的误检率.采用车载探地雷达阵列探测系统对雷场进行实时地雷目标检测是可行的,但是,仅通过探地雷达技术仍无法同时兼顾高检测率和低虚警率.同时使用多种技术手段,采用多特征融合决策探雷是一种必然趋势.

关键词：车载探地雷达阵列地雷检测方向梯度直方图(HOG) 支持向量机(SVM)

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基于机载SAR图像的地雷目标检测技术研究

基于机载SAR图像的地雷目标检测技术研究

作者：王鑫运国防科学技术大学

学位级别：硕士

机载超宽带合成孔径雷达(Ultra-wideband Synthetic Aperture Radar,UWB SAR)能够穿透地表对浅埋目标进行高分辨率成像,具有作用距离远、不受光照条件影响、方位频率信息丰富等优点,是大面积区域地雷探测的有效手段。本文在分析UWB SAR... 详细信息

机载超宽带合成孔径雷达(Ultra-wideband Synthetic Aperture Radar,UWB SAR)能够穿透地表对浅埋目标进行高分辨率成像,具有作用距离远、不受光照条件影响、方位频率信息丰富等优点,是大面积区域地雷探测的有效手段。本文在分析UWB SAR中地雷目标特征的基础上,对机载情况下地雷检测中的关键技术进行了深入研究,主要工作如下:1、研究了机载超宽带SAR中地雷目标特征提取问题。首先介绍了UWB SAR目标回波与成像模型,利用物理光学法分析了地雷目标的时域双峰特征,并对常用的地雷特征进行了适用性分析。利用机载UWB SAR具有大成像积累角和宽信号带宽的特点,提取了目标散射强度的方位频率依赖特征。2、研究了地雷检测中目标预筛选问题。通过对恒虚警率(Constant False Alarm Rate,CFAR)方法的分析,指出常规的预筛选方法对目标先验知识的利用不充分。为解决地雷检测中虚警率过高的问题,利用方位散射熵(Azimuth Scattering Entropy,ASE)来衡量旋转体目标的方位不变性,将其作为检测特征,并提出基于方位散射特征和局部对比度特征的融合检测算法,实测数据表明融合检测算法比CFAR方法具有更好的检测性能。3、研究了地雷目标鉴别问题。介绍了支持向量机(Support Vector Machine,SVM)算法,针对地雷检测存在小样本学习和典型杂波不充分的问题,使用超球面支持向量机作为地雷检测中的鉴别器。通过奇异值分解提取奇异值特征向量来表征方位频率信息的结构特征,并利用该特征进行地雷目标鉴别,实测数据验证了方法的有效性。

关键词： UWB SAR 地雷检测方位频率特征融合检测支持向量机

基于VFGPIR联合特征的决策级加权融合检测方法

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国防科技大学学报 2008年第6期30卷 107-113页

作者：杨延光周智敏宋千初宁金小三国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073 海军705厂广东湛江524016

车载前视地表成像雷达(VFGPIR)探测浅埋目标时面临虚警率过高问题,可利用序列图像特征的联合检测解决这一问题。首先利用Fisher鉴别比(FDR)定量评估从单帧和序列图像中提取的单个特征的鉴别能力;然后针对单个最优序列特征无法满足探测... 详细信息

车载前视地表成像雷达(VFGPIR)探测浅埋目标时面临虚警率过高问题,可利用序列图像特征的联合检测解决这一问题。首先利用Fisher鉴别比(FDR)定量评估从单帧和序列图像中提取的单个特征的鉴别能力;然后针对单个最优序列特征无法满足探测指标要求提出一种基于决策级加权融合的多特征联合检测方法;最后利用接收机工作特性(ROC)曲线来验证所提方法的有效性。试验结果表明:序列特征比单帧图像特征具有更好的鉴别能力;所提方法性能优于单个最优序列特征、特征向量和多数票融合准则对应的检测结果,有望满足实际探雷应用需求。

关键词：地表穿透成像雷达地雷检测决策级融合 Fisher鉴别比接收机工作特性曲线

车载前视GPSAR序列图像浅埋目标检测新方法

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电子与信息学报 2009年第6期31卷 1292-1297页

作者：杨延光宋千周智敏金添张汉华国防科技大学电子科学与工程学院长沙410073

由于浅埋小目标的雷达截面较小、埋设环境复杂,导致单帧检测结果中存在大量虚警,该文提出一种"预筛选-交替后向跟踪-多帧确认"目标检测方法。首先利用CFAR检测、形态滤波和聚类分析对图像进行预筛选;然后利用当前距离多视图像对应的聚... 详细信息

由于浅埋小目标的雷达截面较小、埋设环境复杂,导致单帧检测结果中存在大量虚警,该文提出一种"预筛选-交替后向跟踪-多帧确认"目标检测方法。首先利用CFAR检测、形态滤波和聚类分析对图像进行预筛选;然后利用当前距离多视图像对应的聚类中心标记待跟踪的潜在目标,采用点跟踪搜索和块相关检测相结合的交替后向跟踪获得潜在目标轨迹;最后计算潜在目标轨迹的加权历史置信度,进行目标确认,剔除自然杂波。实测数据处理结果表明:该方法可快速、稳健地实现目标检测,明显减少虚警。

关键词：前视地表穿透雷达地雷检测交替后向跟踪块相关检测历史置信度

超宽带合成孔径雷达金属地雷双峰特征增强算法

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电子与信息学报 2008年第9期30卷 2077-2080页

作者：金添周智敏国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073

机载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)探雷实用化的最大问题是虚警太多,而增强金属地雷双峰特征有助于有效剔除虚警。该文基于双峰显著度最大准则,提出了基于图像域后滤波器的双峰特征增强算法及后滤波器参数优化方法。实测数据处理结果表明... 详细信息

机载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)探雷实用化的最大问题是虚警太多,而增强金属地雷双峰特征有助于有效剔除虚警。该文基于双峰显著度最大准则,提出了基于图像域后滤波器的双峰特征增强算法及后滤波器参数优化方法。实测数据处理结果表明,该算法能够有效提高怀疑目标中金属地雷的双峰显著度,从而提高最终金属地雷检测性能。

关键词：合成孔径雷达地雷检测超宽带双峰特征特征增强

基于证据框架的模糊超球面支持向量机超参数优化

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应用科学学报 2007年第3期25卷 227-232页

作者：金添周智敏宋千常文革国防科学技术大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

模糊超球面支持向量机(FHS-SVM)在处理一类分类问题时比超平面支持向量机泛化能力更强,特别是在雷达目标检测中得到了成功应用.FHS-SVM训练时需要预设一些超参数,不同的超参数得到的FHS-SVM性能差异很大.文中首先证明了FHS-SVM训练过程... 详细信息

模糊超球面支持向量机(FHS-SVM)在处理一类分类问题时比超平面支持向量机泛化能力更强,特别是在雷达目标检测中得到了成功应用.FHS-SVM训练时需要预设一些超参数,不同的超参数得到的FHS-SVM性能差异很大.文中首先证明了FHS-SVM训练过程与证据框架第一层贝叶斯推理的等价性,然后在证据框架下提出了FHS-SVM超参数优化迭代方法.基于超宽带合成孔径雷达探雷数据,通过与穷举方法结果的对比检验了迭代优化方法的有效性.

关键词：证据框架模糊超球面支持向量机超参数优化地雷检测