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基于属性散射中心卷积核调制的SAR目标识别深层网络

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雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 443-456页

作者：李毅杜兰周可儿杜宇昂西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071

卷积神经网络(CNN)的特征提取能力与其参数量有关,一般来说,参数量越多,CNN的特征提取能力越强。但要学好这些参数需要大量的训练数据,而在实际应用中,可用于模型训练的合成孔径雷达(SAR)图像往往是有限的。减少CNN的参数量可以降低对... 详细信息

卷积神经网络(CNN)的特征提取能力与其参数量有关,一般来说,参数量越多,CNN的特征提取能力越强。但要学好这些参数需要大量的训练数据,而在实际应用中,可用于模型训练的合成孔径雷达(SAR)图像往往是有限的。减少CNN的参数量可以降低对训练样本的需求,但同时也会降低CNN的特征表达能力,影响其目标识别性能。针对此问题,该文提出一种基于属性散射中心(ASC)卷积核调制的SAR目标识别深层网络。由于SAR图像具有电磁散射特性,为了提取更符合SAR目标特性的散射结构和边缘特征,所提网络使用预先设定的具有不同指向和长度的ASC核对少量CNN卷积核进行调制以生成更多卷积核,从而在降低网络参数量的同时保证其特征提取能力。此外,该网络在浅层使用ASC调制卷积核来提取更符合SAR图像特性的散射结构和边缘特征,而在高层使用CNN卷积核来提取SAR图像的语义特征。由于同时使用ASC调制卷积核和CNN卷积核,该网络能够兼顾SAR目标的电磁散射特性和CNN的特征提取优势。使用实测SAR图像进行的实验证明了所提网络可以在降低对训练样本需求的同时保证优秀的SAR目标识别性能。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 目标识别卷积神经网络(CNN) 属性散射中心(ASC) 卷积核调制

面向SAR图像目标分类的CNN模型可视化方法

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雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 359-373页

作者：李妙歌陈渤王东升刘宏伟西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071

卷积神经网络(CNN)在合成孔径雷达(SAR)图像目标分类任务中应用广泛。由于网络工作机理不透明,CNN模型难以满足高可靠性实际应用的要求。类激活映射方法常用于可视化CNN模型的决策区域,但现有方法主要基于通道级或空间级类激活权重,且在... 详细信息

卷积神经网络(CNN)在合成孔径雷达(SAR)图像目标分类任务中应用广泛。由于网络工作机理不透明,CNN模型难以满足高可靠性实际应用的要求。类激活映射方法常用于可视化CNN模型的决策区域,但现有方法主要基于通道级或空间级类激活权重,且在SAR图像数据集上的应用仍处于起步阶段。基于此,该文从神经元特征提取能力和网络决策依据两个层面出发,提出了一种面向SAR图像的CNN模型可视化方法。首先,基于神经元的激活值,对神经元在其感受野范围内的目标结构学习能力进行可视化,然后提出一种通道-空间混合的类激活映射方法,通过对SAR图像中的重要区域进行定位,为模型的决策过程提供依据。实验结果表明,该方法给出了模型在不同设置下的可解释性分析,有效拓展了卷积神经网络在SAR图像上的可视化应用。

关键词：合成孔径雷达可视化分析卷积神经网络类激活映射神经元

面向复杂场景的多通道慢速动目标稳健检测算法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2018-2027页

作者：刘昆贺雄鹏廖桂生余悦王麒凯西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071

针对鲁棒主成分分析(RPCA)算法在多通道慢速地面动目标指示(GMTI)中存在的高虚警以及对通道误差敏感问题,该文提出一种数据重构与速度合成孔径雷达(VSAR)-RPCA联合处理的方法。首先,通过样本挑选与联合像素法完成通道间数据精确重构;然... 详细信息

针对鲁棒主成分分析(RPCA)算法在多通道慢速地面动目标指示(GMTI)中存在的高虚警以及对通道误差敏感问题,该文提出一种数据重构与速度合成孔径雷达(VSAR)-RPCA联合处理的方法。首先,通过样本挑选与联合像素法完成通道间数据精确重构;然后结合VSAR检测模式提出一种新的RPCA优化模型,通过采用交替投影乘子法对其进行求解得到空间频域的稀疏矩阵,进一步利用动目标与强杂波残余在空间频域通道的分布特性差异实现强杂波残余剔除与动目标检测;最后采用沿航迹干涉算法估计目标径向速度完成动目标重定位。相较于传统RPCA算法,所提算法在非理想强杂波背景下的虚警率显著降低。理论分析与实测实验验证了所提算法的有效性。

关键词：合成孔径雷达地面动目标检测鲁棒主成分分析数据重构

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基于改进遗传算法的SAR多星协同复杂区域观测规划

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遥感学报 2024年第7期28卷 1822-1834页

作者：石鑫邢孟道张金松刘会涛王虹现西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院西安710071

遥感卫星大范围区域观测在地图绘制、灾害救援等领域均具有重要作用。SAR遥感卫星具有不受云雾夜间环境影响的特点,研究SAR多星协同区域观测技术具有重要意义。针对当前缺乏SAR多星协同对复杂区域快速观测规划方法的问题,本文首先对大... 详细信息

遥感卫星大范围区域观测在地图绘制、灾害救援等领域均具有重要作用。SAR遥感卫星具有不受云雾夜间环境影响的特点,研究SAR多星协同区域观测技术具有重要意义。针对当前缺乏SAR多星协同对复杂区域快速观测规划方法的问题,本文首先对大范围复杂区域覆盖率计算进行分析,提出了结合高斯投影、网格划分与几何运算的复杂区域覆盖率计算方法;然后对SAR条带成像模式进行覆盖分析,提出了结合角度限制和两维分解的候选区域分解方法;最后提出了结合贪婪算法初始化、精英保留策略和3次适应度函数的改进遗传算法用于区域覆盖率优化。本文选取4颗在轨SAR卫星和3个区域目标进行仿真实验,实验结果证明本文方法在北京市、天津市、上海市3个区域都能够实现优异的区域覆盖率优化,相比贪婪算法,本文方法在上述3个区域的覆盖率分别提升3.17%、2.94%、9.02%。该算法可为SAR多星协同区域观测系统的建立提供技术基础。

关键词：遥感星载SAR 多星协同区域观测覆盖计算区域分解遗传算法

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合成孔径雷达快速后向投影算法综述

雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 1-22页

作者：邢孟道马鹏辉楼屹杉孙光才林浩西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院西安710071

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算... 详细信息

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算法,包括距离-方位平面坐标系、地平面坐标系和非欧氏坐标系。该文首先简要介绍了原始BP算法的原理和不同坐标系对加速BP算法的影响,并对BP算法的发展历程进行梳理。然后讨论了基于不同成像面坐标系的快速BP算法的研究进展,并重点介绍了作者所在研究团队近年来在快速BP成像方面完成的研究工作。最后介绍了快速BP算法在工程上的应用,并展望了未来快速BP成像算法的研究发展趋势。

关键词：合成孔径雷达快速后向投影算法成像面坐标系运算效率

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稀疏阵列的鲁棒矩阵填充DOA估计算法

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1477-1483页

作者：张芸萌董玫陈伯孝西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071

稀疏阵列布阵灵活,增大阵列孔径的同时还能减少阵元间耦合,但基于稀疏阵列的传统波达方向估计会导致角度模糊混叠,带来估计精度差和稳健性不足的问题。针对以上问题,提出一种适用于稀疏阵列波达方向估计的加权截断奇异值投影(weighted t... 详细信息

稀疏阵列布阵灵活,增大阵列孔径的同时还能减少阵元间耦合,但基于稀疏阵列的传统波达方向估计会导致角度模糊混叠,带来估计精度差和稳健性不足的问题。针对以上问题,提出一种适用于稀疏阵列波达方向估计的加权截断奇异值投影(weighted truncated singular value projection,WT-SVP)的鲁棒矩阵填充算法。在填充迭代过程中根据奇异值的大小分配权重,突出大奇异值包含的阵列信息,减少小奇异值中不必要的噪声信息,从而优化传统奇异值投影算法。该算法可以实现稀疏阵列的孔洞信息恢复,对不连续阵元充分利用,同时WT-SVP填充算法实现了稀疏阵列波达方向估计的高精度、高分辨以及在低信噪比、低快拍时的高鲁棒性。

关键词：稀疏阵列矩阵填充奇异值投影波达方向估计

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存在幅相误差时二维稳健超分辨测角算法

西安电子科技大学学报 2024年第3期51卷 55-62页

作者：刘敏提曾操胡树林陈建忠李军李世东廖桂生西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071

针对4D车载毫米波雷达在俯仰与方位维角度分辨力较低、阵列存在幅相误差时测角有偏的问题,提出一种基于快速稀疏贝叶斯学习的稳健二维超分辨测角方法。首先,利用空域稀疏性特点,对角度域空间进行栅格划分,构建了存在幅相误差时的二维超... 详细信息

针对4D车载毫米波雷达在俯仰与方位维角度分辨力较低、阵列存在幅相误差时测角有偏的问题,提出一种基于快速稀疏贝叶斯学习的稳健二维超分辨测角方法。首先,利用空域稀疏性特点,对角度域空间进行栅格划分,构建了存在幅相误差时的二维超分辨测角信号模型;然后,通过固定点更新的MacKay SBL重构算法实现了多个邻近目标二维角度估计,并利用基于向量点乘的自校正算法对相位误差进行估计,以对有偏的角度估计进行修正;最后,给出了多输入多输出虚拟阵列下的二维角度估计的克拉美-罗界,并分析了所提算法的计算复杂度。仿真结果表明,在大陆ARS548雷达实际12发16收天线布局下,通过对比6种超分辨测角算法,所提方法在低信噪比、少量快拍下和幅相误差较小时,具有较高的角度分辨力与较低的均方根误差。

关键词：超分辨多输入多输出阵列毫米波雷达贝叶斯学习幅相误差

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综合孔径微波辐射计的射频干扰源空间角度稀疏贝叶斯估计方法

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3202-3209页

作者：张娟庄乐慧李一楠李虹窦昊锋西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071 中国空间技术研究院西安分院西安710100

该文提出一种综合孔径微波辐射计射频干扰源(RFI)空间稀疏贝叶斯估计方法。首先建立了综合孔径微波辐射计可见度函数干涉测量模型,观测数据表示为综合孔径天线基线对相关导向矢量观测矩阵与视场亮温的乘积,由于相关导向矢量观测矩阵的... 详细信息

该文提出一种综合孔径微波辐射计射频干扰源(RFI)空间稀疏贝叶斯估计方法。首先建立了综合孔径微波辐射计可见度函数干涉测量模型,观测数据表示为综合孔径天线基线对相关导向矢量观测矩阵与视场亮温的乘积,由于相关导向矢量观测矩阵的正交性和RFI空间角度分布的稀疏性,亮温在基线对相关导向矢量观测矩阵正交基所构成的支撑域中的变换系数是稀疏的。该文在稀疏贝叶斯学习(SBL)框架下对亮温进行稀疏重构。该方法在无需稀疏度和正则化参数等先验信息前提下也能获得较高的重构性能。计算机仿真验证了该方法的有效性。

关键词：综合孔径微波辐射计射频干扰源稀疏贝叶斯空间角度估计

基于谱压缩的大斜视TOPS BP图像自聚焦算法

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西安电子科技大学学报 2024年第1期51卷 1-10页

作者：周生威李宁邢孟道西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院陕西西安710071

在机动平台大斜视TOPS模式SAR成像时,通过使用地平面直角坐标系BP成像算法,能够在短时间内获取地距平面无畸变的宽幅SAR图像,但实际应用中如何对BP图像快速完成运动误差补偿与旁瓣抑制仍是一个难点。针对此问题,提出了一种改进的谱压缩... 详细信息

在机动平台大斜视TOPS模式SAR成像时,通过使用地平面直角坐标系BP成像算法,能够在短时间内获取地距平面无畸变的宽幅SAR图像,但实际应用中如何对BP图像快速完成运动误差补偿与旁瓣抑制仍是一个难点。针对此问题,提出了一种改进的谱压缩方法,基于此能够快速实现机动平台大斜视TOPS模式地平面BP图像自聚焦等后续操作。首先,考虑到传统BP谱压缩方法仅适用于聚束成像模式,结合大斜视TOPS SAR虚拟旋转中心理论与波数谱分析,推导出了改进的精确谱压缩函数,能够通过全孔径压缩获得无模糊的地平面TOPS模式BP图像频谱。在此基础上,利用相位梯度自聚焦(PGA)能够快速完成全孔径运动误差估计与补偿。此外,基于提出的改进谱压缩方法得到的无模糊对齐BP图像频谱,可以在方位频域统一加窗实现图像旁瓣抑制。最后,通过仿真数据处理验证了所提算法的有效性。

关键词： TOPS模式地平面BP成像谱压缩运动误差补偿旁瓣抑制

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