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基于地形辅助的无人机载InSAR图像分区配准方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 116-133页

作者：谢鑫邓云开杨志军田卫明北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所北京100081 嵌入式实时信息处理技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 北京理工大学前沿技术研究院济南250300

小型化、轻量化的无人机(UAV)为合成孔径雷达(SAR)提供了更加灵活、机动的观测平台,无人机载干涉SAR(InSAR)逐步应用于干涉测量领域。无人机小而轻,易受气流扰动的影响,采用多航过模式进行干涉测量时,飞行航迹非线性且不平行。非线性、... 详细信息

小型化、轻量化的无人机(UAV)为合成孔径雷达(SAR)提供了更加灵活、机动的观测平台,无人机载干涉SAR(InSAR)逐步应用于干涉测量领域。无人机小而轻,易受气流扰动的影响,采用多航过模式进行干涉测量时,飞行航迹非线性且不平行。非线性、不平行的飞行轨迹导致两幅图像之间存在几何畸变。在复杂地形条件下,无人机载InSAR的干涉图像对之间的偏移量大且具有明显的空变特性,给图像配准带来了很大的技术挑战,常规的基于多项式拟合的配准方法不再适用。该文提出了一种利用地形辅助分区的图像配准方法。首先基于航迹信息生成高程门限,利用外部地形对测量区域进行图像分区处理,然后对区域内的偏移量构建多项式变换模型,对各区域边界处的偏移量施加约束,并进行联合求解,最后获得连续的全局偏移量拟合面,通过对辅图像进行重采样实现精配准。基于P波段无人机载InSAR获取的实测数据,初步验证了该方法的有效性。

关键词：无人机载干涉合成孔径雷达图像配准复杂地形多项式模型图像分区

基于微多普勒角点特征与Non-Local机制的穿墙雷达人体步态异常终止行为辨识技术

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 68-86页

作者：杨小鹏高炜程渠晓东北京理工大学信息与电子学院北京100081

穿墙雷达能够穿透建筑物墙体,实现室内人体目标探测。利用深度学习提取不同肢节点的微多普勒特征,可以有效辨识障碍物后的人体行为。但是,当生成训练、验证集与生成测试集的受试者不同时,基于深度学习的行为识别方法测试准确率相对验证... 详细信息

穿墙雷达能够穿透建筑物墙体,实现室内人体目标探测。利用深度学习提取不同肢节点的微多普勒特征,可以有效辨识障碍物后的人体行为。但是,当生成训练、验证集与生成测试集的受试者不同时,基于深度学习的行为识别方法测试准确率相对验证准确率往往较低,泛化能力较差。因此,该文提出一种基于微多普勒角点特征与Non-Local机制的穿墙雷达人体步态异常终止行为辨识技术。该方法利用Harris与Moravec检测器提取雷达图像上的角点特征,建立角点特征数据集;利用多链路并行卷积和Non-Local机制构建全局上下文信息提取网络,学习图像像素的全局分布特征;将全局上下文信息提取网络重复堆叠4次得到角点语义特征图,经多层感知机输出行为预测概率。仿真和实测结果表明,所提方法可以有效识别室内人体步行过程中存在的坐卧、跌倒等突发步态异常终止行为,在提升识别准确率、鲁棒性的前提下,有效控制泛化精度误差不超过6.4%。

关键词：穿墙雷达人体行为识别微多普勒特征角点特征神经网络

基于矩阵填充的随机步进频雷达高分辨距离-多普勒谱稀疏恢复方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 200-214页

作者：胡雪瑶梁灿卢珊珊王在洋郑乐李阳北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 CEMEE国家重点实验室电磁感知研究中心北京100081 西安电子工程研究所西安710100

随机步进频雷达通过合成大带宽,能在较低硬件复杂度下获得距离高分辨效果,同时由于其每个脉冲的载频随机捷变,因而具有强的抗干扰、电磁兼容能力,在复杂电磁环境高精度探测领域具有重要的应用价值。然而,由于其波形在时频域稀疏的感知形... 详细信息

随机步进频雷达通过合成大带宽,能在较低硬件复杂度下获得距离高分辨效果,同时由于其每个脉冲的载频随机捷变,因而具有强的抗干扰、电磁兼容能力,在复杂电磁环境高精度探测领域具有重要的应用价值。然而,由于其波形在时频域稀疏的感知形式,造成回波相参信息有所缺失,因而传统匹配滤波方法在估计高分辨距离-多普勒时会演化为欠定估计,导致估计谱中产生起伏高旁瓣,严重影响探测性能。为此,该文提出一种基于Hankel重构矩阵填充的随机步进频雷达高分辨距离-多普勒谱低旁瓣稀疏恢复方法。该方法采用低秩矩阵填充思想补全波形在时频域稀疏感知时造成的缺失采样,恢复目标连续相参信息,可以有效解决欠定估计问题。文章首先构建了随机步进频雷达的慢时间-载频(时-频)回波欠采样数据矩阵;然后,重构待恢复数据矩阵为双重Hankel型,并分析证明了矩阵满足低秩先验特性;最后,利用ADMM算法补全未采样时频数据,恢复相参信息,保证了高分辨距离-多普勒谱低旁瓣稀疏恢复。仿真和实测试验证明了该文所提方法的有效性和优越性。

关键词：随机步进频相参处理高旁瓣稀疏恢复矩阵填充

一种基于深度强化学习的频率捷变雷达智能频点决策方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 227-239页

作者：张嘉翔张凯翔梁振楠陈新亮刘泉华北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 嘉兴314000 卫星导航电子信息技术教育部重点实验室(北京理工大学) 北京100081

自卫式干扰机发射的瞄准干扰使多种基于信号处理的被动干扰抑制方法失效,对现代雷达产生了严重威胁,频率捷变作为一种主动对抗方式为对抗瞄准干扰提供了可能。针对传统随机跳频抗干扰性能不稳定、频点选取自由度有限、策略学习所需时间... 详细信息

自卫式干扰机发射的瞄准干扰使多种基于信号处理的被动干扰抑制方法失效,对现代雷达产生了严重威胁,频率捷变作为一种主动对抗方式为对抗瞄准干扰提供了可能。针对传统随机跳频抗干扰性能不稳定、频点选取自由度有限、策略学习所需时间长等问题,该文面向频率捷变雷达,提出了一种快速自适应跳频策略学习方法。首先设计了一种频点可重复选取的频率捷变波形,为最优解提供了更多选择。在此基础上,通过利用雷达与干扰机持续对抗收集到的数据,基于深度强化学习的探索与反馈机制,不断优化频点选取策略。具体来说,通过将上一时刻雷达频点及当前时刻感知到的干扰频点作为强化学习输入,神经网络智能选取当前时刻各子脉冲频点,并根据目标检测结果以及信干噪比两方面评价抗干扰效能,从而优化策略直至最优。从提高最优策略收敛速度出发,设计的输入状态不依赖历史时间步、引入贪婪策略平衡搜索-利用机制、配合信干噪比提高奖励差异。多组仿真实验结果表明,所提方法能够收敛到最优策略且具备较高的收敛效率。

关键词：频率捷变雷达抗干扰波形设计瞄准干扰深度Q网络

基于脉间码型捷变波形的距离-多普勒二维干扰重构算法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 187-199页

作者：高宇航张凯翔范花玉刘泉华刘子豪王朝旭北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所北京100081 卫星导航电子信息技术教育部重点实验室(北京理工大学) 北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 嘉兴314000 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

密集假目标干扰通过在真实目标周围产生大量假目标,形成欺骗和压制双重干扰效果,严重影响雷达的目标探测能力。为此,该文提出一种基于脉间码型捷变波形的距离-多普勒二维干扰重构算法来抑制密集假目标干扰。该算法基于脉间码型捷变波形... 详细信息

密集假目标干扰通过在真实目标周围产生大量假目标,形成欺骗和压制双重干扰效果,严重影响雷达的目标探测能力。为此,该文提出一种基于脉间码型捷变波形的距离-多普勒二维干扰重构算法来抑制密集假目标干扰。该算法基于脉间码型捷变波形的距离选通性,在距离-多普勒域通过交替反演实现干扰和目标重构,并从回波中对消干扰来实现干扰剔除。首先,通过构造不同距离段的接收滤波器组来实现干扰和目标回波的分距离段处理;其次,采用联合失配滤波器组使各脉冲滤波输出的距离旁瓣结构近似相同,减小脉间码型捷变波形经脉冲多普勒处理后沿多普勒维的散布能量;然后,利用干扰和目标回波在不同距离-多普勒平面上的能量分布特性构造滤波矩阵;最后,通过交替反演实现干扰和目标的精准重构,进而实现密集假目标干扰的抑制。仿真结果表明,与传统方法相比,该文所提算法在干扰抑制和运行时间方面展现出优越的性能,显著提升了雷达在强干扰环境中的目标检测能力。

关键词：脉间码型捷变波形密集假目标干扰干扰重构距离选通性交替反演

一种基于变参考电平的零点凹口双重可控方向图综合改进方法

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北京理工大学学报 2024年第4期44卷 421-427页

作者：刘海波韩宇新武兴恺陈广茂北京理工大学信息与电子学院北京100081 北京理工大学信息与电子学院国家重点实验室电磁感知研究中心北京100081

为了解决基于变参考电平的自适应波束形成方法无法同时控制方向图零点和凹口的问题,研究了基于最大信噪比准则的任意阵列方向图综合方法,重点对主瓣宽度固定条件下能够实现最低等副瓣电平的方向图综合方法进行了理论分析,并对前人提出... 详细信息

为了解决基于变参考电平的自适应波束形成方法无法同时控制方向图零点和凹口的问题,研究了基于最大信噪比准则的任意阵列方向图综合方法,重点对主瓣宽度固定条件下能够实现最低等副瓣电平的方向图综合方法进行了理论分析,并对前人提出的可变参考电平参量进行了重新定义,新定义的变参考电平能够在波束主瓣宽度固定的前提下,同时产生等副瓣电平、可控凹口宽度和深度和可控零点深度的抗干扰波束,并通过计算机仿真验证了算法的有效性.该方法对于提升相控阵雷达对抗杂波和干扰性能具有较高的应用价值.

关键词：波束形成共形阵抗干扰

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最优字典选择多频段雷达信号宽带融合

电子与信息学报 2024年第5期46卷 2076-2086页

作者：陆睿民李卫东王锐张帆李沐阳胡程北京理工大学雷达技术研究院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250300 北京理工大学嵌入式实时信息处理技术北京市重点实验室北京100081

多频段雷达带宽融合外推是一种提升雷达带宽、解决小目标高分辨成像的有效手段。然而,现有多频段融合算法仍面临运算慢、精度低等问题。为此,该文提出基于最优字典选择正交匹配追踪的多频段融合外推雷达超分辨距离成像方法。首先,对多... 详细信息

多频段雷达带宽融合外推是一种提升雷达带宽、解决小目标高分辨成像的有效手段。然而,现有多频段融合算法仍面临运算慢、精度低等问题。为此,该文提出基于最优字典选择正交匹配追踪的多频段融合外推雷达超分辨距离成像方法。首先,对多频段信号进行参数化建模,提出基于蛇优化的信号相参配准方法,实现多频段信号高精度相位对齐;然后,利用几何绕射模型,提出基于最优字典选择正交匹配追踪的多频段信号模型估计方法,实现多频段信号融合外推,估计未知频段频谱,获取大带宽信号;最后,通过仿真和实测数据,验证了该方法的可行性。该方法在保障高精度的前提下,通过简化模型粗估计与完整模型精估计结合,有效降低了运算量,实现了快速精确多频段融合外推处理。

关键词：多频段融合外推相参配准最优字典选择蛇优化算法正交匹配追踪

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基于多载波阵的定域调制技术

北京理工大学学报 2024年第1期44卷 102-110页

作者：徐友根张译文北京理工大学集成电路与电子学院北京100081

基于多载波阵,可以进行定位调制,实现信息的定向和定距传输,误码率仅在指定位置处出现零陷,从而提高物理层通信的安全性.但当指定位置与接收位置存在失配时,信号接收性能会明显下降。在定位调制技术的基础上,提出一种对位置误差不甚敏... 详细信息

基于多载波阵,可以进行定位调制,实现信息的定向和定距传输,误码率仅在指定位置处出现零陷,从而提高物理层通信的安全性.但当指定位置与接收位置存在失配时,信号接收性能会明显下降。在定位调制技术的基础上,提出一种对位置误差不甚敏感的定域调制技术,其信息传输误码率的零陷宽度可在一定范围内进行调整,从而可在通信安全性和鲁棒性之间进行适当的折衷.将一维伍德沃德-劳森综合法推广为二维,以实现角度-距离二维平顶方向图的综合,将发射信号能量聚焦在预先设定的角度和距离区域内;构造伍德沃德-劳森综合法中所选角度和距离所对应的多载波阵流形矢量;在上述多载波阵流形矢量所张成空间的正交补空间中随机选择一个矢量,进行非信号能量聚焦区域的加密.仿真结果表明,所提定域调制方法可保证在整个预先设定的角度和距离区域内都具有较好的信号接收性能.

关键词：多载波阵定向调制波束方向图综合鲁棒

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一种多层多模态融合3D目标检测方法

电子学报 2024年第3期52卷 696-708页

作者：周治国马文浩北京理工大学集成电路与电子学院北京100081

在自动驾驶感知系统中视觉传感器与激光雷达是关键的信息来源,但在目前的3D目标检测任务中大部分纯点云的网络检测能力都优于图像和激光点云融合的网络,现有的研究将其原因总结为图像与雷达信息的视角错位以及异构特征难以匹配,单阶段... 详细信息

在自动驾驶感知系统中视觉传感器与激光雷达是关键的信息来源,但在目前的3D目标检测任务中大部分纯点云的网络检测能力都优于图像和激光点云融合的网络,现有的研究将其原因总结为图像与雷达信息的视角错位以及异构特征难以匹配,单阶段融合算法难以充分融合二者的特征.为此,本文提出一种新的多层多模态融合的3D目标检测方法:首先,前融合阶段通过在2D检测框形成的锥视区内对点云进行局部顺序的色彩信息(Red Green Blue,RGB)涂抹编码;然后将编码后点云输入融合了自注意力机制上下文感知的通道扩充PointPillars检测网络;后融合阶段将2D候选框与3D候选框在非极大抑制之前编码为两组稀疏张量,利用相机激光雷达对象候选融合网络得出最终的3D目标检测结果.在KITTI数据集上进行的实验表明,本融合检测方法相较于纯点云网络的基线上有了显著的性能提升,平均mAP提高了6.24%.

关键词：自动驾驶多传感器融合 3D目标检测点云编码自注意力机制