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机载双基地雷达舰船目标成像方法研究

机载双基地雷达舰船目标成像方法研究

作者：张晓冬电子科技大学

学位级别：硕士

机载双基合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）将雷达的收发系统分置于不同的飞机平台上,能够全天时、全天候实现对接收机前视区域的高精度成像,并具有隐蔽性强、抗干扰能力强、反侦查等优势,在地物探测、对地/海前视区监视等... 详细信息

机载双基合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）将雷达的收发系统分置于不同的飞机平台上,能够全天时、全天候实现对接收机前视区域的高精度成像,并具有隐蔽性强、抗干扰能力强、反侦查等优势,在地物探测、对地/海前视区监视等军民领域都有着十分重要的应用价值。机载双基SAR舰船目标成像技术,是指在机载双基SAR体制下,对接收雷达所收到的舰船目标回波进行信号处理,克服舰船目标回波距离徙动大和多普勒相位空变带来的成像散焦问题,精确重构舰船目标的二维散射信息。舰船目标高精度良好聚焦成像是实现舰船SAR图像准确分类识别的前提,本论文围绕双基SAR舰船成像所涉及的回波建模、舰船SAR图像重聚焦和高精度时频分析成像等开展研究,主要研究内容如下:1、建立了舰船目标的运动模型和机载双基SAR舰船目标的回波模型,分析了舰船运动目标的距离徙动特性、多普勒空变特性,并重点分析比较了舰船目标与地面目标回波特性的差异,为后续舰船目标高精度成像方法研究奠定了基础。2、研究并分析了舰船运动目标的散焦特性和现有的频域相位补偿方法在时域后向投影算法（Back Projection,BP）上的局限性。根据舰船目标的散焦特性,建立了任意双基构型下的极坐标成像模型,并在此基础上提出了适用于BP成像方法的快速自聚焦方法,有效的解决了舰船目标成像的散焦问题。3、提出了基于Fr FT-WVD时频分析的机载双基SAR舰船目标距离瞬时多普勒成像方法。使用提出的全局包络最小熵多普勒模糊数估计方法,有效的解决了双基SAR回波数据模糊问题,并通过联合Fr FT-WVD时频分析处理,克服了动目标回波多普勒相位二维空变的问题,从而获取了高精度的舰船目标图像。本文通过理论分析和仿真实验验证了上述方法的有效性。结果表明,上述方法能够有效解决舰船SAR图像散焦问题,实现舰船目标的高精度成像。

关键词：机载双基地雷达舰船目标相位补偿时频分析

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舰船目标SAR图像特征提取与分类技术

舰船目标SAR图像特征提取与分类技术

作者：杨松国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着合成孔径雷达(SAR)技术不断进步,SAR图像分辨率越来越高,包含的目标信息也更丰富,对SAR图像解译技术提出了更高的要求。作为SAR图像解译的重要环节,特征提取和分类识别也备受关注。本文以SAR对海侦察监视的应用背景,重点研究了舰船... 详细信息

随着合成孔径雷达(SAR)技术不断进步,SAR图像分辨率越来越高,包含的目标信息也更丰富,对SAR图像解译技术提出了更高的要求。作为SAR图像解译的重要环节,特征提取和分类识别也备受关注。本文以SAR对海侦察监视的应用背景,重点研究了舰船目标SAR图像特征提取及分类技术。论文首先对比分析了几类典型SAR图像分割算法的性能。对于分割后图像研究了目标方向角和最小闭合矩形等几何特征提取技术。针对散射中心旁瓣干扰及海杂波的影响,提出了一种基于投影最大熵的方向角估计方法和一种基于最大填充比的最小闭合矩形提取方法。实验结果表明,本文提出的方法能更准确地提取舰船目标的方向角和最小闭合矩形特征。在此基础上,研究了货船目标SAR图像的局部结构特征提取技术。通过将目标区域投影到主轴方向,得到了相应的投影曲线。结合货船目标的周期性结构特点,提出了两种从投影曲线中检测局部周期信号的方法,即基于多重自相关与F检验的周期信号检测方法以及基于广义似然比检验的周期信号检测方法。通过对货船局部结构周期性的提取,可有效实现货船目标的分辨。此后,针对舰船目标分类的应用背景,设计并实现了民船目标分类的演示软件。实测数据处理结果表明,对货船和油轮目标的平均正确分类率为88.46%。最后,由于SAR复图像包含更多的目标信息,本文根据压缩感知的原理,从SAR复数据中提取出了目标的散射中心特征。根据散射点特征研究了舰船目标方向角提取技术,并与仅利用图像域处理方法得到的结果进行了对比分析。进一步,探讨了散射点沿主轴的投影曲线与SAR幅度图像沿主轴的投影曲线进行了融合分析的可能性。

关键词： SAR图像舰船目标几何特征局部结构特征电磁特征特征提取分类识别

融合轻量级YOLOv4与KCF算法的红外舰船目标识别

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兵器装备工程学报 2021年第6期42卷 175-182页

作者：谢晓方刘厚君张龙杰孙涛张龙云海军航空大学山东烟台264001 山东大学济南250000

红外舰船目标识别在反舰导弹成像制导过程中起到十分关键的作用。针对如何在复杂环境下准确识别出红外舰船目标,提出了一种融合轻量级YOLOv4与KCF算法的红外舰船目标识别方法。识别过程中并行运行YOLOv4目标检测线程与KCF多目标跟踪线程... 详细信息

红外舰船目标识别在反舰导弹成像制导过程中起到十分关键的作用。针对如何在复杂环境下准确识别出红外舰船目标,提出了一种融合轻量级YOLOv4与KCF算法的红外舰船目标识别方法。识别过程中并行运行YOLOv4目标检测线程与KCF多目标跟踪线程,比较两者所得目标框的置信度,选取置信度高的作为最终的目标识别结果。设计对比试验将本研究方法与传统的目标跟踪算法meanshift、CSRT以及基于深度学习的跟踪算法centerTrack进行了对比。对比结果表明:综合考虑检测精度、跟踪稳定性和实时性因素,本研究方法对舰船的目标识别效果最好,能够在保证目标检测准确率的同时,对舰船目标进行稳定持续的跟踪,具有较强的鲁棒性和实时性,适合复杂背景条件下的舰船红外目标识别。

关键词：红外图像舰船目标 YOLOv4目标检测 KCF目标跟踪综合识别

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海上舰船目标的多尺度图像识别算法

舰船科学技术 2021年第10期43卷 58-60页

作者：李俊翰重庆电子工程职业学院人工智能与大数据学院

常规图像识别算法存在图像尺度分割不明确的问题,导致识别算法的准确率较低,构建一种新的海上舰船目标的多尺度图像识别算法。采集图像信息,获取图像噪声类型,利用样本分散数据,降维图像线性投影,提取像素点位置,分割多尺度图像构建识... 详细信息

常规图像识别算法存在图像尺度分割不明确的问题,导致识别算法的准确率较低,构建一种新的海上舰船目标的多尺度图像识别算法。采集图像信息,获取图像噪声类型,利用样本分散数据,降维图像线性投影,提取像素点位置,分割多尺度图像构建识别算法。实验结果表明,此次构建的多尺度图像识别算法,在3种不同的图像分辨率条件下,识别准确率分别比其他2种常规识别算法高出16.52%,18.17%,14.79%,证明此次构建的图像识别准确率更高,更适合应用在海上舰船目标图像识别的任务中。

关键词：舰船目标多尺度图像识别算法图像分割

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星载雷达对舰船目标重聚焦的方法研究

星载雷达对舰船目标重聚焦的方法研究

作者：李若楠西安电子科技大学

学位级别：硕士

星载雷达因其探测场景大、探测距离远、抗打击能力强等优点受到广泛关注。我国拥有450万平方公里的领海面积,海域监管与控制对我国发展具有重大的战略意义。作为海事活动的重要组成部分,舰船目标的探测与识别与我国海防安全和经济发展... 详细信息

星载雷达因其探测场景大、探测距离远、抗打击能力强等优点受到广泛关注。我国拥有450万平方公里的领海面积,海域监管与控制对我国发展具有重大的战略意义。作为海事活动的重要组成部分,舰船目标的探测与识别与我国海防安全和经济发展息息相关。在星载雷达对海洋舰船探测成像时,海浪的起伏运动导致舰船目标产生复杂的非线性晃动。长时间合成孔径成像时,复杂非线性运动会尤为明显,常用运动补偿算法的成像结果会发生严重散焦现象,将无法满足分辨力要求。特别是低信噪比情况下,常规时频分析等方法不能有效获取时频脊线,全维搜索方法运算量过大,舰船目标快速准确聚焦困难。因此研究对舰船目标的重聚焦算法,对于星载雷达对海面动目标成像具有重大意义。本文针对舰船目标非线性运动导致的距离-多普勒散焦问题,开展目标运动参数估计与相位重聚焦方法研究。主要内容包括以下三个方面:第二章建立了星载雷达对舰船目标成像的模型。首先,对星载雷达的轨道模型进行建模,并给出了常用坐标系之间的转换关系;然后对舰船目标的运动特征进行建模;最终结合卫星与舰船之间的相对运动关系,建立舰船信号模型并完成回波特性分析。第三章针对高信噪比目标回波信号,研究了一种基于时频垂直挤压变换与伯努利滤波算法联合的时频脊提取方法。该方法首先对时频变换后的数据进行同步挤压操作,提高时频脊线的频谱集中度并保证瞬时频率精确度。然后对时频脊线建立状态转移模型,采用基于随机有限集的伯努利滤波方式,实现对距离门内散射点微动参数的高精度估计。理论研究与仿真分析结果表明,相比逆Radon变换方法与粒子滤波方法,该方法具有高精度、运算量小、实时性强的优势。第四章针对低信噪比目标回波信号,利用舰船目标刚体联动特性,研究了一种基于图像熵最小化准则进行优化约束的舰船目标重聚焦方法。该方法考虑到舰船目标的大尺寸特性,多项式泰勒级数近似会损失微多普勒信息,建立了更为准确的回波模型。在对比研究基于全维空间搜索的匹配滤波法与基于广义Radon-Fourier变换的联合参数搜索法的基础上,本文研究了一种以数据驱动的多特显点参数粗估计方法,通过牺牲少量时间成本,达到对坐标轮换迭代加速收敛的效果。理论研究与仿真分析结果表明,该方法相较于全维搜索运算量更小,具有更高的参数估计精度和更好的噪声稳健性。

关键词：舰船目标时频变换正弦调频信号垂直挤压变换伯努利滤波微动特征提取逆Radon变换图像熵坐标轮换迭代

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海面舰船遥感目标视觉检测技术研究

无线电工程 2021年第11期51卷 1189-1194页

作者：史超江苏自动化研究所江苏连云港222000

人类探索海洋的主要载体是舰船,获取海面舰船目标的主要技术手段是卫星或飞机遥感/航拍。为了实现对海洋舰船目标的检测,提出了一种基于深度学习和视觉注意力机制的遥感图像海洋舰船目标检测方法。通过对多个目标检测算法的分析与研究,... 详细信息

人类探索海洋的主要载体是舰船,获取海面舰船目标的主要技术手段是卫星或飞机遥感/航拍。为了实现对海洋舰船目标的检测,提出了一种基于深度学习和视觉注意力机制的遥感图像海洋舰船目标检测方法。通过对多个目标检测算法的分析与研究,采用快速区域卷积神经网络目标检测算法进行实现。利用卷积神经网络提取特征并且使用区域生成网络选取候选区域以提高检测精度并缩短检测时间。通过对视觉注意力机制的各种注意力模型的分析研究,选取多个注意力模型对检测算法进行优化,在算法的特征提取阶段加入注意力机制,使提取的特征具有更强的代表性和鲁棒性。注意力模型将卷积块、注意模块集成到卷积神经网络框架中,显著提高网络的检测精度和显示效果。

关键词：舰船目标深度学习卷积神经网络注意力机制遥感

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舰船目标雷达高分辨距离像的建模与仿真

电光与控制 2016年第2期23卷 47-50页

作者：张伟莫翠琼陈秋菊陈慧电子工程学院合肥230037

雷达高分辨距离像是舰船目标识别研究中的关键环节。针对大型舰船目标的雷达高分辨距离像难以进行实测和缩比测量的情况,采用理论建模计算方法获取舰船目标雷达高分辨距离像。首先建立舰船目标三维CAD模型,采用面元法对模型进行剖分并... 详细信息

雷达高分辨距离像是舰船目标识别研究中的关键环节。针对大型舰船目标的雷达高分辨距离像难以进行实测和缩比测量的情况,采用理论建模计算方法获取舰船目标雷达高分辨距离像。首先建立舰船目标三维CAD模型,采用面元法对模型进行剖分并对面元遮挡进行判别计算;然后利用电磁计算软件得到各个姿态角下舰船目标的频域响应;之后进行IFFT获得目标雷达高分辨距离像;最后结合实际舰船目标,给出了具体建模和仿真计算的案例,并对仿真结果进行分析。

关键词：舰船目标几何建模雷达散射截面积高分辨距离像

基于模型压缩YOLOv4的弹载图像舰船目标实时检测

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兵器装备工程学报 2021年第9期42卷 225-230页

作者：雷鸣王曙光凌冲杨传栋秦杰陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室合肥230031

根据深度学习目标检测算法YOLOv4弹载平台移植的实时性和轻量化需求,针对YOLOv4网络模型参数冗余导致的储存空间成本高和运算资源占用大等问题,在PC端使用舰船数据集训练模型并对其进行模型压缩。采用L1正则化稀疏训练的方法对预训练模... 详细信息

根据深度学习目标检测算法YOLOv4弹载平台移植的实时性和轻量化需求,针对YOLOv4网络模型参数冗余导致的储存空间成本高和运算资源占用大等问题,在PC端使用舰船数据集训练模型并对其进行模型压缩。采用L1正则化稀疏训练的方法对预训练模型进行BN层Gamma系数稀疏化,通过剪枝技术在精度下降较少的情况下减少模型参数并压缩模型结构,使用知识蒸馏技术使模型精度进一步回升。实验结果表明,压缩后模型体积减少92%,参数减少91.9%,推理速度提升2倍,实现了高精度实时检测。

关键词：目标检测深度学习弹载图像舰船目标模型压缩知识蒸馏

基于改进Faster R-CNN的红外舰船目标检测算法

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红外技术 2021年第2期43卷 170-178页

作者：顾佼佼李炳臻刘克姜文志海军航空大学岸防兵学院山东烟台264001 中国人民解放军95668部队云南昆明650000

针对Faster R-CNN算法中对于红外舰船目标特征提取不充分、容易出现重复检测的问题,提出了一种基于改进Faster R-CNN的红外舰船目标检测算法。首先通过在主干网络VGG-16中依次引出三段卷积后的3个特征图,将其进行特征拼接形成多尺度特征... 详细信息

针对Faster R-CNN算法中对于红外舰船目标特征提取不充分、容易出现重复检测的问题,提出了一种基于改进Faster R-CNN的红外舰船目标检测算法。首先通过在主干网络VGG-16中依次引出三段卷积后的3个特征图,将其进行特征拼接形成多尺度特征图,得到具有更丰富语义信息的特征向量;其次基于数据集进行Anchor的改进,重新设置Anchor boxes的个数与尺寸;最后优化改进后Faster R-CNN的损失函数,提高检测算法的整体性能。通过对测试数据集进行分析实验,结果表明改进后的检测算法平均精确度达到83.98%,较之于原Faster R-CNN,精确度提升了3.95%。

关键词：深度学习目标检测舰船目标红外图像 Faster R-CNN