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高分辨SAR目标成像方向性结构特征增强

系统工程与电子技术 2022年第3期44卷 808-818页

作者：杨磊张苏盖明慧方澄中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

针对传统稀疏特征增强的方式仅能完成对目标场景中特显点的增强,对复杂的目标结构特征无能为力的问题,考虑目标细节特征的复杂性,提出方向性结构全变分(directional total structure variation, DTSV)正则子进行结构先验表征,实现对成... 详细信息

针对传统稀疏特征增强的方式仅能完成对目标场景中特显点的增强,对复杂的目标结构特征无能为力的问题,考虑目标细节特征的复杂性,提出方向性结构全变分(directional total structure variation, DTSV)正则子进行结构先验表征,实现对成像目标复杂结构特征任意梯度变化的拟合,进而实现对结构特征的高精度正则优化处理。首先,在交替方向多乘子方法(alternating direction method of multipliers, ADMM)的协同优化框架下实现DTSV正则优化求解(DTSV-ADMM),利用该框架提供的对偶上升思想可有效提升迭代优化算法的收敛性能。其次,基于ADMM框架提供的多变量"分解-调和"机理,通过建立分裂变量组可以实现多个正则项的协同优化增强。然后,进一步引入?;范数对成像目标稀疏特征进行表征,并在协同优化框架下实现对方向性结构特征和稀疏特征的稳健计算,有效减小多特征优化存在的"误差传播"问题。最后,通过近端算子对特征进行解析计算,获得对应特征的闭合解析解,进一步提升算法运算稳健性和计算效率。实验证明了所提算法相比传统方法的优越性。

关键词：合成孔径雷达方向性结构全变分交替方向乘子法多特征增强近端算子

基于Petri网的终端区ADS-B监视系统及其可靠性研究

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中国安全科学学报 2023年第10期33卷 53-61页

作者：沈笑云张硕张思远焦卫东中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

为辅助塔台管制人员决策,提升航空器运行安全性,提出一种以广播式自动相关监视(ADS-B)数据为数据源的终端区监视系统。首先,基于系统需求分析系统架构特征,利用面向对象Petri网(OOPN)灵活、易于模块化设计等优点,将复杂系统模块化,分别... 详细信息

为辅助塔台管制人员决策,提升航空器运行安全性,提出一种以广播式自动相关监视(ADS-B)数据为数据源的终端区监视系统。首先,基于系统需求分析系统架构特征,利用面向对象Petri网(OOPN)灵活、易于模块化设计等优点,将复杂系统模块化,分别建立子系统模型,依据子系统间的交互关系建立整体系统简化模型,并分析模型的可靠性;然后,设计ADS-B数据流实时传输引擎,利用无线传输的方式提升数据使用效率,然后,设计ADS-B数据流实时传输引擎,利用无线传输的方式提升数据使用效率,有效传输虚拟系统与外部实体之间的数据;最后,基于虚幻引擎(UE4)平台,构建虚拟现实仿真系统,实时监视机场及周围一定范围内的航空器。实时监视机场及周围一定范围内的航空器。结果表明:该系统建模方法能提高系统的模块性和可靠性,增强系统逻辑结构的易分析性,构建的系统可以安全、可靠地实现终端区监视功能。

关键词： Petri网终端区广播式自动相关监视(ADS-B) 可靠性系统仿真

OFDM-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

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西安电子科技大学学报 2024年

作者：李冬霞孟燕黄庚铭刘海涛中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

为了提高无人机中继广播通信系统的性能，针对频率选择性衰落信道，考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路，提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信... 详细信息

为了提高无人机中继广播通信系统的性能，针对频率选择性衰落信道，考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路，提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信传输模型，对单用户节点中断概率和系统平均中断概率进行理论分析并给出近似计算公式；然后以平均中断概率最小化和最大用户中断概率最小化为优化准则，提出无人机的航迹优化方法并分析了各因素对系统中断性能的影响；最后通过计算机仿真，证明了所提航迹优化方法正确有效。研究表明：在多径信道下，基于OFDM的无人机中继广播通信系统能有效克服频率选择性衰落，且译码转发方式下的连通性优于放大转发方式；基于平均中断概率最小化准则得到的系统中断性能优于最大用户中断概率最小化准则。

关键词：无人机中继广播通信正交频分复用航迹优化中断概率

MDAT-Net:一种融合MSC和时空注意力的TCN航迹预测方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：焦卫东杨蓓中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

针对现有航迹预测模型难以有效地提取多尺度时空特征，导致预测精度受限的问题，提出一种基于融合多尺度卷积网络(MSC)和时空双重注意力(STDA)的时间卷积网络(TCN)(MDAT-Net)航迹预测新方法。MDAT-Net模型包含MSAT、MTAT航迹预测模块以... 详细信息

针对现有航迹预测模型难以有效地提取多尺度时空特征，导致预测精度受限的问题，提出一种基于融合多尺度卷积网络(MSC)和时空双重注意力(STDA)的时间卷积网络(TCN)(MDAT-Net)航迹预测新方法。MDAT-Net模型包含MSAT、MTAT航迹预测模块以及投票模块。在预测模块中，首先，为优化传统时间卷积网络中卷积核大小固定的问题，搭建由不同尺度卷积核组成的多尺度卷积架构，以此更好地提取不同尺度的时空特征。其次，为动态挖掘隐藏特征与目标特征之间的潜在相关性，引入空间注意力机制及时间注意力机制来自适应地关注重要信息，跳过次要信息。最后，在投票模块中决定各维度使用哪个模型进行预测，以此融合两预测模型的优点，实现高精度的航迹预测。实验结果表明MDAT-Net模型的RMSE的改进率最高可达83.33%，MAE的改进率最高可达85.84%，具有较高的准确性和鲁棒性。

关键词：航迹预测多尺度卷积时间卷积网络注意力机制时空特征

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机载双极化相控阵气象雷达气象目标回波仿真

系统工程与电子技术 2024年

作者：李海陈禹同熊玉中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

本文提出一种机载双极化相控阵气象雷达气象目标回波仿真方法，方法首先通过天气预报模式仿真得到气象场景信息，其次分析极化相控阵偶极子阵元的极化特性以及降水目标的散射特性，将两者结合计算极化偶极子阵元在发射接收过程以及降水... 详细信息

本文提出一种机载双极化相控阵气象雷达气象目标回波仿真方法，方法首先通过天气预报模式仿真得到气象场景信息，其次分析极化相控阵偶极子阵元的极化特性以及降水目标的散射特性，将两者结合计算极化偶极子阵元在发射接收过程以及降水目标散射过程中的电场极化性质，得到气象目标的偶极子极化散射矩阵，最后结合气象场景信息和偶极子极化散射矩阵，运用雷达气象方程得到相控阵参考阵元的回波信号，进而得到双极化相控阵雷达全阵元的气象目标回波信号。仿真得到的结果与实测结果对比，验证了方法的可靠性。

关键词：机载气象雷达相控阵双极化气象目标雷达回波仿真

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一种改进的机载紧组合新息序列欺骗检测方法

中国惯性技术学报 2023年第7期31卷 734-742页

作者：钟伦珑刘永玉李雪艳刘明远中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室天津300300 中国民航大学理学院天津300300

欺骗速率较小的生成式欺骗干扰难以被传统方法检测,威胁民航飞行安全。针对这种欺骗速率较小的生成式欺骗干扰,提出了一种改进的机载紧组合新息序列欺骗检测方法。根据欺骗对滤波新息的影响,构造能够表征更多欺骗误差信息的补偿新息。... 详细信息

欺骗速率较小的生成式欺骗干扰难以被传统方法检测,威胁民航飞行安全。针对这种欺骗速率较小的生成式欺骗干扰,提出了一种改进的机载紧组合新息序列欺骗检测方法。根据欺骗对滤波新息的影响,构造能够表征更多欺骗误差信息的补偿新息。利用最小二乘支持向量机对补偿新息进行在线训练,实时拟合回归函数,输出预测新息。以预测新息代替滤波新息,改进传统新息序列检验统计量,进行欺骗检测。仿真结果表明,与新息序列检测方法相比,所提方法降低了滤波器误差跟踪作用下欺骗对新息的影响,当受欺骗卫星数少于未受欺骗卫星数时,可单独检测各卫星通道受欺骗情况。在单星受欺骗时,所提方法的平均检测延时缩短了50.42%,并有效提高了对欺骗速率为0.4 m/s~0.9 m/s的缓变欺骗量的检测率。

关键词：欺骗检测紧组合导航新息误差跟踪最小二乘支持向量机

变分贝叶斯推断的非平稳杂波抑制STAP算法

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现代雷达 2023年

作者：张威李港王效瑞张文斌章涛中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

现有的杂波谱稀疏恢复空时自适应处理(STAP)均假设不同距离单元的杂波训练样本满足平稳性条件，但实际系统中存在很多非理想因素例如杂波内部运动等，会造成杂波模型失配从而导致杂波协方差矩阵(CCM)估计不准确，进而使得STAP处理算法... 详细信息

现有的杂波谱稀疏恢复空时自适应处理(STAP)均假设不同距离单元的杂波训练样本满足平稳性条件，但实际系统中存在很多非理想因素例如杂波内部运动等，会造成杂波模型失配从而导致杂波协方差矩阵(CCM)估计不准确，进而使得STAP处理算法性能的急剧下降。该文针对杂波内部运动情况下的非平稳杂波抑制问题，提出了一种变分贝叶斯推断的非平稳杂波抑制STAP算法，首先通过一种非平稳杂波模型将多个杂波训练样本之间的非平稳性模型化，然后引入变分贝叶斯推断方法对杂波空时功率谱进行稀疏恢复，进而估计CCM实现非平稳杂波的有效抑制。仿真实验表明，在存在杂波内部运动的非平稳杂波环境情况下，该文方法效果优于已有的稀疏贝叶斯学习STAP方法。

关键词：空时自适应处理(STAP) 杂波内部运动非平稳杂波稀疏贝叶斯杂波抑制

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原子范数空时动目标参数分离估计算法

现代雷达 2023年

作者：章涛郑海芳张威来燃中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

本文提出了一种基于参数分离的原子范数空时自适应处理(STAP)动目标参数估计算法。该方法首先对构建的联合稀疏恢复数据通过双线性变换将加速度和速度参数分离，然后利用低秩矩阵恢复理论将两个参数分别在各自连续的原子集中进行稀疏恢... 详细信息

本文提出了一种基于参数分离的原子范数空时自适应处理(STAP)动目标参数估计算法。该方法首先对构建的联合稀疏恢复数据通过双线性变换将加速度和速度参数分离，然后利用低秩矩阵恢复理论将两个参数分别在各自连续的原子集中进行稀疏恢复，并实现了利用半正定规划(SDP)和交替方向乘子法(ADMM)两种求解方式得到对应的参数子空间，最后通过矩阵束 (Map)方法求解对应的参数估计值，规避了现有稀疏恢复方法中由于字典失配造成的估计性能降低的问题。实验证明，在信噪比较高的情况下，本文方法估计性能优于已有的基于固定离散化字典的稀疏恢复空时动目标参数估计方法。

关键词：空时自适应处理参数估计字典失配原子范数

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机载双极化气象雷达雷暴回波仿真与验证

信号处理 2023年

作者：李海周桉宇陈南南中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

雷暴是一种短暂而剧烈的强对流天气，常伴有闪电、冰雹、强降水等危险天气，对民航飞机的飞行安全造成巨大威胁。机载气象雷达作为保证飞行器飞行安全必备的装备，用于探测与显示航路附近的实时气象信息，辅助机组人员规避危险气象。由... 详细信息

雷暴是一种短暂而剧烈的强对流天气，常伴有闪电、冰雹、强降水等危险天气，对民航飞机的飞行安全造成巨大威胁。机载气象雷达作为保证飞行器飞行安全必备的装备，用于探测与显示航路附近的实时气象信息，辅助机组人员规避危险气象。由于极化技术在气象探测方面的优势，双极化雷达成为机载气象雷达的发展方向。但是雷暴天气具有发展迅速、变化复杂，危险性高等特点，使得获取实测机载双极化气象雷达雷暴回波数据困难。为了解决这一问题，本文基于机载双极化气象雷达提出一种雷暴回波仿真方法并进行验证。方法首先利用数值预报模式WRF模式(Weather Research and Forecasting)对雷暴气象场景进行模拟；然后使用T-Matrix方法计算气象粒子的单个粒子散射振幅矩阵，同时结合场景内粒子的微物理特性，计算雷暴目标的反射率因子；最后应用雷达气象方程，基于机载气象雷达系统参数建立雷暴回波信号模型，实现机载双极化气象雷达雷暴回波信号仿真。最后，为检验方法的正确性和准确性，基于雷暴单体识别算法对回波仿真结果进行验证。通过仿真不同仰角下雷暴回波，实验结果表明，基于WRF模式的机载双极化气象雷暴回波仿真方法对雷暴天气具有良好的模拟能力，经单体识别算法验证，结果表明可准确体现雷暴单元的质心分布，结构属性和立体特征，对比实测数据，雷暴回波仿真结果与实测数据相吻合，实验结果具有真实性和准确性。

关键词：机载双极化气象雷达 WRF 雷暴回波仿真雷暴单体识别