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融合可微分渲染的SAR多视角样本增广

雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 457-470页

作者：贾赫成蒲欣洋王燕妮符士磊徐丰电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学上海200433

合成孔径雷达(SAR)因其全天候、全天时的监测能力在民用和军事领域得到广泛应用。近年来,深度学习已被广泛应用于SAR图像自动解译。然而,由于卫星轨道和观测角度的限制,SAR目标样本面临视角覆盖率不全的问题,这为学习型SAR目标检测识别... 详细信息

合成孔径雷达(SAR)因其全天候、全天时的监测能力在民用和军事领域得到广泛应用。近年来,深度学习已被广泛应用于SAR图像自动解译。然而,由于卫星轨道和观测角度的限制,SAR目标样本面临视角覆盖率不全的问题,这为学习型SAR目标检测识别算法带来了挑战。该文提出一种融合可微分渲染的SAR多视角样本生成方法,结合逆向三维重建和正向渲染技术,通过卷积神经网络(CNN)从少量SAR视角图像中反演目标三维表征,然后利用可微分SAR渲染器(DSR)渲染出更多视角样本,实现样本在角度维的插值。另外,方法的训练过程使用DSR构建目标函数,无需三维真值监督。根据仿真数据的实验结果,该方法能够有效地增加多视角SAR目标图像,并提高小样本条件下典型SAR目标识别率。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 可微分SAR渲染器(DSR) 卷积神经网络(CNN) 三维重建多视角样本生成

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微波视觉与SAR图像智能解译

雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 285-306页

作者：徐丰金亚秋电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学上海200433

高分辨率雷达成像技术和人工智能、大数据技术的快速发展,有力促进了雷达图像智能解译技术的进步。由于雷达传感器本身的特殊性和电磁散射成像物理的复杂性,雷达图像的解译缺乏光学图像的直观性,准确迅速识别分类的需求对雷达图像解译... 详细信息

高分辨率雷达成像技术和人工智能、大数据技术的快速发展,有力促进了雷达图像智能解译技术的进步。由于雷达传感器本身的特殊性和电磁散射成像物理的复杂性,雷达图像的解译缺乏光学图像的直观性,准确迅速识别分类的需求对雷达图像解译提出了迫切的挑战。在借鉴人脑光视觉感知机理和计算机视觉图像处理相关技术基础上,进一步融合电磁散射物理规律及其雷达成像机理,我们提出发展微波域雷达图像解译的“微波视觉”的新交叉领域研究。该文介绍微波视觉的概念与内涵,提出微波视觉认知模型,阐述其基础理论问题与技术路线,最后介绍了作者团队在相关问题上的初步研究进展。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 雷达成像电磁散射目标识别微波视觉语义电磁散射建模物理智能逆问题视觉感知

若干层析SAR成像方法在解叠掩性能上的对比分析

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雷达学报（中英文） 2022年第1期11卷 71-82页

作者：任烨仙徐丰复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

层析技术因具有解译城区SAR影像上复杂叠掩场景的能力而备受关注。层析成像包含两个部分:估计散射体在高程向的分布和确定散射体在混叠像元内的真实数目。该文以中科院空天院峨眉数据的机载阵列干涉系统参数为基础,选取了若干代表性的方... 详细信息

层析技术因具有解译城区SAR影像上复杂叠掩场景的能力而备受关注。层析成像包含两个部分:估计散射体在高程向的分布和确定散射体在混叠像元内的真实数目。该文以中科院空天院峨眉数据的机载阵列干涉系统参数为基础,选取了若干代表性的方法,包括OMP,SLIM和MUSIC等层析谱估计方法以及BIC和GLRT等模型定阶方法,进行了模拟叠掩目标的层析反演实验,使用了克拉默-拉奥界和重建成功率来评估实验结果。实验表明:在机载阵列数很有限的条件下,(1)使用2阶统计量反演的高程估计量的方差比单个观测矢量反演结果的方差更小;(2)叠掩散射体间的幅度比、相位差和散射间距会影响层析算法解叠掩的成功率;(3)叠掩散射体间的相位差会使层析算法的高程估计发生偏差。

关键词：阵列干涉SAR SAR层析成像解叠掩克拉默-拉奥界重建成功率

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典型几何基元的高频散射建模方法梳理

雷达学报（中英文） 2022年第1期11卷 126-143页

作者：张旭徐丰金亚秋电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学上海200433

高分辨率SAR图像中蕴含目标与环境丰富的信息,但复杂的电磁散射机制使其难以直观解译,这一直是SAR图像解译的重要研究课题。该文简单梳理了典型几何基元的高频散射建模方法,以面散射、线散射和点散射为线索简要回顾了若干高频散射机制... 详细信息

高分辨率SAR图像中蕴含目标与环境丰富的信息,但复杂的电磁散射机制使其难以直观解译,这一直是SAR图像解译的重要研究课题。该文简单梳理了典型几何基元的高频散射建模方法,以面散射、线散射和点散射为线索简要回顾了若干高频散射机制的研究发展过程,并给出几种典型几何基元的散射机制表达式及部分仿真结果,分析了典型散射机制表征面临的难点及应用于SAR图像解译的关键科学问题,提出从几何基元出发,发展对应的散射基元,通过散射基元进行组合和相互作用以树状方式实现更完备和广泛的散射特征表征体系,最后讨论了面向SAR图像散射信息解译来构建散射机制字典的可行性。

关键词：高频散射建模几何基元散射机制字典面散射线散射点散射

高速相干频分复用无源光网络系统辅助管理和控制通道传输与性能

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光学学报 2024年第8期44卷 1-8页

作者：申王伟王佳叶李国强邢思哲颜安李忠亚施剑阳迟楠张俊文复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

为了在保持帧结构完整性的同时,低代价地传输管理和控制信号,提出面向高速频分复用相干无源光网络(FDM-CPON)的两种传输管理和控制信号传输机制,即数字端辅助管理和控制通道(AMCC)和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控(OOK... 详细信息

为了在保持帧结构完整性的同时,低代价地传输管理和控制信号,提出面向高速频分复用相干无源光网络(FDM-CPON)的两种传输管理和控制信号传输机制,即数字端辅助管理和控制通道(AMCC)和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控(OOK)信号映射为数据通道信号幅值的变化,完成数据通道信号幅值再调制,成功将AMCC与数据通道相结合,实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明,在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中,当AMCC的带宽和调制因子(MI)相同时,乘性AMCC对于信号性能的影响更小,自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时,乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。

关键词：光通信相干无源光网络相干光通信光纤通信频分复用辅助管理和控制通道

FY-3D MWRI在轨交叉辐射定标和海表温度反演

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电波科学学报 2024年第2期39卷 214-224页

作者：李子翀蒋耿明复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200438

海表温度(sea surface temperature,SST)在气候监测、海洋学研究、渔业经济研究和污染监测等多个方面起着重要作用。本文利用风云三号D星(FY-3D)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)数据对海表温度进行了反演。首先,以全球降... 详细信息

海表温度(sea surface temperature,SST)在气候监测、海洋学研究、渔业经济研究和污染监测等多个方面起着重要作用。本文利用风云三号D星(FY-3D)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)数据对海表温度进行了反演。首先,以全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)卫星微波成像仪(GPM Microwave Imager,GMI)作为参考传感器,采用基于海洋微波辐射传输模型(radiative transfer model,RTM)的双差异方法对FY-3D MWRI进行交叉辐射定标,消除了其在轨辐射定标偏差,为精确反演海表温度奠定了基础;然后,在波段选择的基础上提出耦合微波海表发射率的海表温度多波段反演新算法,与传统的多波段反演算法相比,新反演算法的均方根误差从0.74 K减少至0.69 K;最后,用新反演算法从2020年的FY-3D MWRI数据反演得到全球的海表温度,并用时空匹配的iQuam浮标数据和GMI海表温度产品对反演结果进行精度验证,误差分别为0.04±1.13 K和−0.07±1.18 K。另外,在相同的条件下,用传统多波段算法反演得到的海表温度的误差分别为0.30±1.17 K和0.10±1.17 K。新算法的理论精度和实际反演精度均优于传统的多波段算法,说明本文发展的耦合微波海表发射率的多通道反演新算法是有效和精确的。

关键词：风云三号D星微波成像仪(FY-3D MWRI) 交叉辐射定标微波海表发射率海表温度反演新算法精度验证

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基于多通道调频连续波毫米波雷达的微动手势识别

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电子与信息学报 2020年第1期42卷 164-172页

作者：夏朝阳周成龙介钧誉周涛汪相锋徐丰复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室

该文提出一种基于多通道调频连续波(FMCW)毫米波雷达的微动手势识别方法,并给出一种微动手势特征提取的最优雷达参数设计准则。通过对手部反射的雷达回波进行时频分析处理,估计目标的距离多普勒谱、距离谱、多普勒谱和水平方向角度谱。... 详细信息

该文提出一种基于多通道调频连续波(FMCW)毫米波雷达的微动手势识别方法,并给出一种微动手势特征提取的最优雷达参数设计准则。通过对手部反射的雷达回波进行时频分析处理,估计目标的距离多普勒谱、距离谱、多普勒谱和水平方向角度谱。设计固定帧时间长度拼接的距离-多普勒-时间图特征,与距离-时间特征、多普勒-时间特征、水平方向角度-时间图特征和三者联合特征等,分别对7类微动手势进行表征。根据手势运动过程振幅和速度差异,进行手势特征捕获和对齐。利用仅有5层的轻量化卷积神经网络对微动手势特征进行分类。实验结果表明,相较其他特征,设计的距离-多普勒-时间图特征能够更为准确地表征微动手势,且对未经训练的测试对象具有更好的泛化能力。

关键词：毫米波雷达微动手势识别调频连续波卷积神经网络

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格式塔感知规律在SAR图像中的有效性初探

雷达学报 2023年

作者：尤瑞希钱昱彤徐丰电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学

合成孔径雷达(SAR)图像是当前微波视觉研究领域的重要数据源。计算机视觉以光学视觉规律为理论基础，无法有效解译SAR图像。因此，借鉴人类视觉感知规律和计算机视觉技术，并融合电磁物理规律的微波视觉成为当前微波遥感领域的一个重要... 详细信息

合成孔径雷达(SAR)图像是当前微波视觉研究领域的重要数据源。计算机视觉以光学视觉规律为理论基础，无法有效解译SAR图像。因此，借鉴人类视觉感知规律和计算机视觉技术，并融合电磁物理规律的微波视觉成为当前微波遥感领域的一个重要研究方向。探索微波视觉的认知基础对于完善微波视觉理论体系至关重要。该文旨在探讨光学感知规律在微波视觉中的有效性，作为完善微波视觉理论的基础尝试。格式塔感知规律是一类经典的视觉理论，常用于描述人类视觉系统对外部光学世界的感知规律，是计算机视觉的认知理论基础之一。在此背景下，该文以SAR图像为研究对象，借鉴认知心理学实验的设计流程，对格式塔感知规律中的感知组合律和感知不变律在SAR图像中的有效性进行初步研究，探索微波视觉的认知基础。实验结果表明，格式塔感知规律不能够直接应用到SAR图像的算法设计中，人类视觉系统从光学世界中总结出的知识概念、视觉规律在SAR图像中表现不佳，未来需要针对SAR图像等微波图像的特点总结相应的微波视觉认知规律。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 微波视觉认知科学视觉感知格式塔感知规律

基于JEC-FDTD等效循环神经网络的电磁建模和等离子体参数反演

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电波科学学报 2023年

作者：覃一澜马嘉禹付海洋徐丰复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室

磁化等离子体中的电磁波传播是重要的研究课题，针对特定场景下的电磁等离子耦合问题，进行有效且准确的方程建模与参数求解具有极强的研究价值和挑战性，这是探究电磁波与等离子体复杂非线性相互作用机制的关键. 文中设计了一种可用于... 详细信息

磁化等离子体中的电磁波传播是重要的研究课题，针对特定场景下的电磁等离子耦合问题，进行有效且准确的方程建模与参数求解具有极强的研究价值和挑战性，这是探究电磁波与等离子体复杂非线性相互作用机制的关键. 文中设计了一种可用于电磁等离子体正逆向建模的循环神经网络(recurrent neural network， RNN)，该网络正向传播过程等价于任意磁倾角情况下的电流密度卷积时域有限差分 (current density convolution finite difference time domain， JEC-FDTD)方法，因此可以求解给定的电磁建模问题，并易于大规模并行计算. 通过构建前向可微模拟过程，JEC-FDTD方法可以使用自动微分技术准确且高效地计算梯度，然后通过训练网络来解决反问题. 因此，该方法可以有效利用观测到的时域散射场信号反演重要的等离子体参数. JEC-FDTD方法和RNN相结合，形成了较强的协同效应，使得模型具有可解释性和高效的计算效率，受益于深度学习提供的优化策略和专用硬件支持，可以适用于不同仿真场景下的电磁建模和等离子体参数反演.

关键词：电流密度卷积时域有限差分(JEC-FDTD)方法磁化等离子体循环神经网络(RNN) 物理启发的机器学习算法参数反演