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基于GAN目标数据增强的海面小目标检测

现代雷达 2024年

作者：尹翔李婉华扬州大学信息工程学院

由于海面存在大量背景杂波，以及目标的多样性，海面小目标检测一直是一个具有挑战性的问题。近年来，基于深度学习的海面小目标检测逐渐流行，具有较好的性能。然而，这类方法严重依赖于训练样本的数量和质量，通常情况下，目标样本数... 详细信息

由于海面存在大量背景杂波，以及目标的多样性，海面小目标检测一直是一个具有挑战性的问题。近年来，基于深度学习的海面小目标检测逐渐流行，具有较好的性能。然而，这类方法严重依赖于训练样本的数量和质量，通常情况下，目标样本数量远少于海杂波样本数量，这会对训练带来困难同时降低检测性能。基于此，该文提出了一种基于目标数据增强的海面小目标检测方法。通过对目标的时频特征进行分析，基于生成对抗网络（GAN）生成相似的特征分布样本，从而扩展目标数据集，缩小目标样本和海杂波样本之间的数量差距，使更多的目标信息被用于检测器的训练过程中，以提高检测器性能。在IPIX数据集上的实验结果表明该方法可以获得更好的检测性能。实验结果还表明所提出的检测器可以实现虚警率的控制。

关键词：数据增强生成对抗网络卷积神经网络小目标检测可控虚警

基于动量迭代快速梯度符号的SAR-ATR深度神经网络黑盒攻击算法

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雷达学报（中英文） 2024年第3期13卷 714-729页

作者：万烜申刘伟牛朝阳卢万杰中国人民解放军战略支援部队信息工程大学数据与目标工程学院郑州450000

合成孔径雷达自动目标识别(SAR-ATR)领域缺乏有效的黑盒攻击算法,为此,该文结合动量迭代快速梯度符号(MI-FGSM)思想提出了一种基于迁移的黑盒攻击算法。首先结合SAR图像特性进行随机斑点噪声变换,缓解模型对斑点噪声的过拟合,提高算法... 详细信息

合成孔径雷达自动目标识别(SAR-ATR)领域缺乏有效的黑盒攻击算法,为此,该文结合动量迭代快速梯度符号(MI-FGSM)思想提出了一种基于迁移的黑盒攻击算法。首先结合SAR图像特性进行随机斑点噪声变换,缓解模型对斑点噪声的过拟合,提高算法的泛化性能;然后设计了能够快速寻找最优梯度下降方向的ABN寻优器,通过模型梯度快速收敛提升算法攻击有效性;最后引入拟双曲动量算子获得稳定的模型梯度下降方向,使梯度在快速收敛过程中避免陷入局部最优,进一步增强对抗样本的黑盒攻击成功率。通过仿真实验表明,与现有的对抗攻击算法相比,该文算法在MSTAR和FUSAR-Ship数据集上对主流的SAR-ATR深度神经网络的集成模型黑盒攻击成功率分别提高了3%~55%和6.0%~57.5%,而且生成的对抗样本具有高度的隐蔽性。

关键词：合成孔径雷达目标识别黑盒攻击拟双曲动量算子斑点噪声变换

基于支持向量回归和分位数的雷达K分布海杂波形状参数估计方法

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1399-1407页

作者：薛健孙孟玲潘美艳西安邮电大学通信与信息工程学院西安710121 西安电子工程研究所西安710100

针对传统的雷达K分布海杂波形状参数估计方法在异常样本存在情况下估计精度严重下降的问题,该文提出一种基于支持向量回归(SVR)和样本分位数比值的K分布海杂波形状参数估计方法。首先给定K分布杂波参数和分位数位置的值,根据K分布的累... 详细信息

针对传统的雷达K分布海杂波形状参数估计方法在异常样本存在情况下估计精度严重下降的问题,该文提出一种基于支持向量回归(SVR)和样本分位数比值的K分布海杂波形状参数估计方法。首先给定K分布杂波参数和分位数位置的值,根据K分布的累积分布函数计算样本分位数比值及其对数,然后建立以样本分位数比值对数为输入、待估计形状参数为输出的SVR模型,通过交叉验证确定SVR模型的超参数,最后训练SVR模型实现对K分布海杂波形状参数的稳健精确估计。仿真和实测雷达数据表明,所提方法的估计误差低于基于矩的估计方法的估计误差,并且与基于分位数的估计方法具有相近估计性能。此外,相比已有基于分位数的方法,所提方法的超参数容易确定,并且不依赖于查表。

关键词：海杂波 K分布参数估计支持向量回归模型样本分位数

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拉曼激光雷达水汽反演过程标定常数的讨论

激光与光电子学进展 2024年

作者：王雯慧曹念文南京信息工程大学大气物理学院

水汽在地球大气系统中发挥着重要的作用，水汽的变化对于天气、气候的变化是重要的参考。拉曼激光雷达性能突出，在水汽的探测方面应用较为广泛。在拉曼激光雷达探测水汽混合比的反演计算过程中，确定标定常数项较为关键。较为常用的是... 详细信息

水汽在地球大气系统中发挥着重要的作用，水汽的变化对于天气、气候的变化是重要的参考。拉曼激光雷达性能突出，在水汽的探测方面应用较为广泛。在拉曼激光雷达探测水汽混合比的反演计算过程中，确定标定常数项较为关键。较为常用的是用探空数据对标定常数进行确定。但是同步释放探空气球的成本较高，全球无线电探空网的探空数据具有时空局限性。相比于探空数据，ERA5再分析资料的时空分辨率较高，覆盖范围广。许多研究对ERA5再分析资料的各类数据进行了分析与应用，验证了其数据与探空资料的一致性较好。因此本文提出在无探空数据的地点和时间，用ERA5再分析资料对标定常数进行确定。在合肥用ERA5水汽数据对拉曼激光雷达反演水汽的标定常数进行确定，0.5～2km的高度范围内，标定常数随时间和高度有一定的变化，考虑是由数据偏差、插值计算和雷达系统误差等引起的。在对水汽混合比进行反演时，代入相邻时间标定常数的平均值廓线，反演得到的水汽混合比与ERA5资料的相对误差大部分在±10%以内。

关键词：大气光学拉曼激光雷达 ERA5再分析资料水汽混合比标定常数

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基于编解码网络的SAR影像建筑物提取

遥感信息 2024年第2期39卷 127-134页

作者：苗国英王慧琴张恩伟南京信息工程大学自动化学院南京210044

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)遥感图像中出现的散斑噪声和几何畸变对建筑物提取过程造成干扰的问题,提出了一种多尺度特征注意力融合(multi-scale feature attention fusion,MSFAF)网络。首先,结合深度神经网络和SA... 详细信息

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)遥感图像中出现的散斑噪声和几何畸变对建筑物提取过程造成干扰的问题,提出了一种多尺度特征注意力融合(multi-scale feature attention fusion,MSFAF)网络。首先,结合深度神经网络和SAR图像的优势,在深层处设计了一个空间注意力融合(spatial attention fusion,SAF)模块,来整合不同层次的特征以及关注重要的空间信息。然后,利用不同尺度的卷积核以及对通道信息的转换,提出了一个多尺度细节提取(multi-scale detail extraction,MSDE)模块用于提取不同尺度的特征信息和重新分配通道信息,有利于缓解散斑噪声的干扰问题。实验证明了所提方法在SAR图像建筑物提取中取得了比其他现存方法更加优秀的性能。

关键词： SAR遥感图像建筑物提取多尺度特征注意力融合神经网络

基于低空目标检测的分布式多输入多输出雷达功率分配合作博弈算法

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兵工学报 2024年

作者：齐铖谢军伟张浩为王雷王瑞军费太勇空军预警学院空军研究院空军工程大学防空反导学院

为提升低空突防作战场景下分布式多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output， MIMO)雷达系统的目标检测效能，提出一种合作博弈功率分配 (Cooperative Game Power Allocation， CGPA) 算法。基于带误差的支援信息建立了低空多... 详细信息

为提升低空突防作战场景下分布式多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output， MIMO)雷达系统的目标检测效能，提出一种合作博弈功率分配 (Cooperative Game Power Allocation， CGPA) 算法。基于带误差的支援信息建立了低空多径环境下的分布式MIMO雷达信号模型，并推导了基于奈曼皮尔逊准则的检测模型。结合Max-Min准则以信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio， SINR)为优化模型的效用函数。在此基础上，利用加权方法简化了联盟利益Shapley值的计算，得到满足帕累托最优性和公平性的合作资源分配方案。通过对发射功率资源的细致化管理，有效减小多径效应引起接收信号幅度的参差与衰落。在改善接收信号的稳定性的同时，挖掘并利用多径环境下丰富的散射特性，有效提升了雷达系统的探测效能。仿真实验验证了分布式MIMO雷达系统低空多径目标检测的出色性能，所提功率分配算法能够有效提升系统检测性能，并具有较好的实时性。

关键词：分布式多输入多输出雷达系统目标检测多径效应功率分配合作博弈理论

基于多特征融合的高机动多目标低截获概率跟踪技术

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信号处理 2024年第2期40卷 280-291页

作者：陈军丁一王杰汪飞周建江南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京航空航天大学雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室江苏南京210016

在多目标跟踪过程中,目标的高机动特性使得传统采用固定运动模型或交互式多模型的目标跟踪算法很难实时精确匹配目标运动模型,从而引起高机动目标的低跟踪精度问题。针对这一问题,本文提出一种基于目标运动状态模型自适应更新的高机动... 详细信息

在多目标跟踪过程中,目标的高机动特性使得传统采用固定运动模型或交互式多模型的目标跟踪算法很难实时精确匹配目标运动模型,从而引起高机动目标的低跟踪精度问题。针对这一问题,本文提出一种基于目标运动状态模型自适应更新的高机动多目标跟踪算法。在多目标跟踪过程中,该算法采用多特征聚类融合算法进行目标运动模型估计,并根据各目标跟踪波动参数进行状态转移矩阵决策更新,同时利用联合概率数据关联实现多机动目标状态转移矩阵自适应更新的关联跟踪,从而解决了传统多目标跟踪算法因目标运动模型失配引起的低跟踪精度问题。在目标跟踪算法的传感器选择上,无源传感器不对外辐射能量,具有较好的低截获概率性能,但其跟踪精度有限,常不能满足多目标高跟踪精度的要求。雷达作为有源传感器,具有较高的跟踪精度。但由于雷达对外辐射信号,容易被防御方截获。针对这一问题,本文提出了一种无源传感器目标跟踪为主,有源雷达间歇跟踪为辅的多传感器协同管理目标跟踪算法。该算法通过对目标跟踪本征堆积误差的判断进行传感器的最优分配,并根据波动参数的大小进行状态转移矩阵决策更新。仿真结果验证了本文所提出的多传感器协同的高机动目标跟踪算法在满足高机动目标跟踪精度的条件下可以有效的提升雷达低截获概率性能。

关键词：低截获概率高机动多目标多特征融合轨迹聚类多传感器管理

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基于单目深度估计的光伏板地理定位算法

计算机工程与应用 2024年

作者：倪源松韩军胡广怡王文帅上海大学通信与信息工程学院

在光伏电站的无人机巡检中，准确定位光伏板的地理位置是关键；目前大多数定位方法依赖于地理信息数据、多视角图像或激光雷达，但这些方法难以在未知复杂环境下快速定位目标的地理位置；随着深度学习的单目深度估计（MDE）发展，MDE网... 详细信息

在光伏电站的无人机巡检中，准确定位光伏板的地理位置是关键；目前大多数定位方法依赖于地理信息数据、多视角图像或激光雷达，但这些方法难以在未知复杂环境下快速定位目标的地理位置；随着深度学习的单目深度估计（MDE）发展，MDE网络在道路场景下已展现出较高的深度预测精度；基于此，提出了一种全新的光伏板地理定位算法，采用MDE网络估算目标距离，并根据相机成像模型将光伏板的像素坐标转换至地理坐标；其中为了解决经典MDE在拍摄视角多变和距离较远的无人机场景下深度预测精度不佳，设计了针对该场景优化的MDE网络(SwinDenseDepth)，该网络采用由Swin-transformer组成的编码器增强对无人机场景的深度感知能力，并结合密集连接结构与通道空间注意力融合模块，利用语义和上下文信息提高深度估计的准确性；实验结果表明相比于目前主流的MDE，SwinDenseDepth能更为准确地预测无人机图像中距离，并且定位算法在巡检高度30至60米的图像中定位误差在1至2米范围内，满足定位光伏板的实际需求。

关键词：目标地理定位单目深度估计视觉地理定位无人机光伏板组件

基于FBMC-chirp的低截获探通一体化信号设计

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信号处理 2024年第7期40卷 1227-1238页

作者：陈军贺晓波汪飞王杰南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京航空航天大学雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室江苏南京210016

面对快速发展的先进无源侦察技术,一体化信号除需具备较优的雷达探测和无线通信能力,还需满足抗截获和防窃听的需求,以提高一体化系统的生存能力和作战性能。多载波探通一体化信号的低截获设计已成为目前一体化信号研究的重要问题。针... 详细信息

面对快速发展的先进无源侦察技术,一体化信号除需具备较优的雷达探测和无线通信能力,还需满足抗截获和防窃听的需求,以提高一体化系统的生存能力和作战性能。多载波探通一体化信号的低截获设计已成为目前一体化信号研究的重要问题。针对传统低截获多载波探通一体化信号雷达分辨性能受限且未能同时兼顾通信有效性和可靠性要求的问题,本文在子载波复用的一体化多维信号框架下,研究了一种雷达和通信性能最小损失的低截获多载波探通一体化信号设计方法。首先,从提升时频资源利用率的角度,设计了一种基于滤波器组多载波技术的通信频谱分块功率优化和雷达梳状谱等功率优化的低截获多载波探通一体化信号时频结构。该结构通过分块的方式降低了通信信号的峰均比,提升了通信信号的低截获性能。然后在此基础上,以雷达互信息和通信信道容量为约束条件,以最小化信号总功率为优化目标,建立了雷达子载波功率和通信分块子载波功率联合优化模型。本文将该优化模型转化成一个凸二次规划问题,并采用信赖域方法对该优化问题进行求解。实验结果表明,本文所设计的低截获多载波探通一体化信号不仅具有较优的雷达探测和分辨性能,以及较好的无线通信性能,而且具有较优的低截获性能。

关键词：低截获概率雷达通信一体化信道容量互信息模糊函数