期刊,信号处理 2024年卷9期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

信号处理

主　　编：谢维信

出版周期：月刊

国际刊号：1003-0530

电　　话：010-64010656;64034443-3004

邮政编码：100009

地　　址：北京鼓楼西大街41号

信号处理/Journal Signal ProcessingCSCD北大核心CSTPCD

正式出版

收录年代

融合自适应卷积神经网络的SAR图像舰船目标检测方法

许京新王金伟宋富骏王杰坤...

1696-1708页

查看更多>>摘要：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)舰船目标检测是微波遥感的重要应用,然而随着海面尤其是近海背景越来越复杂,同时舰船尺寸大小不一,导致检测算法性能下降,出现漏检、错检等问题,严重影响目标的检测效果.针对上述问题,本文提出一种复杂场景下的融合自适应卷积神经网络的SAR图像舰船检测方法.首先,为了提高主干网络的特征提取能力,设计了一种用于特征提取的自适应全方位动态高效聚合网络(Omni-Dimensional Dynamic and Efficient Layer Attention Network,OD-ELAN)模块.该模块是在高效注意网络(Efficient Layer Attention Network,ELAN)中融合了动态卷积,使得自适应OD-ELAN模块能够输入特征的不同动态调整卷积核的权重.其次,为了提高网络对目标的定位能力,在头部网络中使用显示视觉中心机制(Explicit Visual Center,EVC)来加强网络在空间上对不同区域的感知能力,使网络能够更加灵活地适应不同尺寸、比例和位置的特征.然后对头部网络结构进行设计,在降低网络的计算量的同时保持网络检测的准确性.最后,使用平滑交并集(Smoothde Intersection over Union,SIOU)损失函数衡量预测边界框与真实边界框之间的重叠程度,提升网络对检测目标的定位能力.为了验证自适应卷积神经网络的有效性,使用SAR船舶检测数据集(SAR Ship Detection Dataset,SSDD)和高分辨率SAR图像数据集(High Resolution SAR Images Dataset,HRSID)进行消融实验和对比实验.消融实验结果中显示本文网络每次改进后的检测效果都有所提升.改进后的网络对SSDD数据集舰船目标检测的平均精度提升了7.81%,准确率提升了4.95%,召回率提升了11.8%.对HRSID数据集舰船目标检测的平均精度提升了10.6%,准确率提升了10.03%,召回率提升了11.84%.实验结果表明,在对小目标和复杂背景下的舰船目标检测时,改进后的算法显著减少了误检和漏检的情况.

关键词：

合成孔径雷达舰船目标检测动态卷积显示视觉中心

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基于毫米波雷达的地基ARCSAR系统研究与设计

申文杰吕文兴王彦平林赟...

1709-1719页

查看更多>>摘要：随着遥感技术的不断发展,圆弧式合成孔径雷达(Arc Synthetic Aperture Radar,ARCSAR)系统已成为形变监测、滑坡抢险救援应用的重要手段.该系统通过杆臂带动雷达旋转完成扫描照射,可获取周围场景最大360°区域实现高精度成像,进而利用重轨干涉技术完成形变信息的获取.现有ARCSAR系统多数采用Ku或更低的波段,其雷达系统硬件体积较大,同时低频段下为了实现更高的方位分辨率需较长的杆臂,增加了系统的复杂性和成本,不够灵活和便携.因此,其通常应用于矿山、抢险救援等远距离场景,不适用于城市基础设施如隧道等近距离场景.毫米波雷达具有宽波束、体积小、重量轻以及功耗低的优势,目前已经成熟应用于车载辅助系统、智能驾驶和交通监控等应用.将毫米波雷达与ARCSAR结合可以实现轻小型、高分辨的优势,更适用于城市应用场景,然而目前未见相关成熟系统报道.针对上述需求,本文研究设计实现了毫米波ARCSAR系统,采用毫米波雷达模组作为雷达收发单元,经由杆臂与转台单元连接实现扫描功能,转台部分带有高精度角度编码器实现等角度间隔采样,由此来降低成像处理难度,最后基于距离多普勒(Range Doppler,RD)算法实现成像.本文首先给出RD算法的点目标仿真结果,进一步采用室内角反实验以及室外场景实验证明本文所提系统的有效性.其中,在室内角反实验中,对比了使用和不使用角度编码器时成像结果,分析表明加入编码器后的角反的方位向峰值旁瓣比(Peak Sidelobe Ratio,PSLR)远远高于未使用的情况.实验结果表明,本文系统可以获得良好的聚焦图像,在城市基础设施监测方面具有较大的潜力.

关键词：

毫米波雷达圆弧式合成孔径雷达系统距离多普勒算法

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基于压缩感知的5G雷达目标距离和速度联合估计方法

曹成虎赵永波黄海生

1720-1727页

查看更多>>摘要：随着无线通信5G/6G技术的发展,利用5G雷达实现城市环境下低空目标探测已成为新兴业务,而目标参数估计更是5G雷达目标探测的重要任务之一.目前基于5G雷达的目标参数估计采用基于子空间投影的高分辨处理方法,该方法需要大量的采样数据,计算复杂度比较高,导致目标参数估计性能在工程应用中还不太理想,而且对于相关性比较高的目标,还需解相关处理.本文利用目标距离的时域稀疏性和目标多普勒的频域稀疏性,将目标距离和多普勒估计归结于稀疏表示问题,从而提出一种基于压缩感知的5G雷达目标距离和速度联合估计方法.所提方法首先通过在过完备基的基础上实现阵列协方差矩阵的稀疏表示,然后构建协方差向量的L1-范数约束优化问题,最后利用内点法高效求解二阶锥规划问题,通过联合寻找阵列协方差向量的稀疏系数来实现目标参数的估计.所提算法具有较高的目标参数估计分辨率和较强的相关信号源处理能力.而且所提算法在构建优化问题时还给出了明确的误差抑制准则,该准则使其即使在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的情况下也具有统计鲁棒性.仿真实验结果表明,所提算法能够有效地实现5G雷达目标距离和速度的高分辨联合估计,同时不需要解相干处理;而且所提算法在较低信噪比环境下能够稳健地实现目标参数估计.

关键词：

5G雷达稀疏表示阵列协方差向量高分辨估计相关信源

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机载双极化气象雷达雷暴回波仿真与验证

李海周桉宇陈南南

1728-1737页

查看更多>>摘要：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

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宽带雷达组网协同抗欺骗式干扰方法

赵珊珊苗嘉宁刘子威

1738-1747页

查看更多>>摘要：现代雷达为了实现目标侦察功能,一般会使用相应的电子抗干扰技术,而强大的抗干扰能力则是其在复杂的电磁干扰条件下完成任务的重要保证.现有组网雷达抗干扰技术大多针对窄带组网雷达,而宽带雷达相对于窄带雷达具有更高的分辨率,可以探测目标更加全面的信息,达到更好的抗干扰效果.针对宽带组网雷达下的抗欺骗式干扰方法,现有研究直接类比窄带雷达抗欺骗式干扰方法,假设真实目标在每个距离单元的回波矢量独立同分布,并没有从理论上分析多视角一维距离像去相关的内在原因.针对此问题,本文推导了真实目标的三维散射中心模型投影得到目标多视角一维距离像的过程,并以此为基础,分析了真假目标一维距离像在各雷达站中的差异,及真实目标一维距离像在不同宽带雷达中的同源非一致性与转发式欺骗干扰在不同宽带雷达中的同源一致性.基于此差异,进一步提出了一种在宽带雷达组网条件下,基于一维距离像相关性差异的抗欺骗式干扰方法,设计了鉴别统计量并分析了基于累积分布函数的闭式鉴别性能.计算机仿真结果表明,本文所提方法体系能够有效对抗宽带欺骗式干扰,且鉴别性能相对于目标尺寸来说较为稳健.

关键词：

电子抗干扰宽带组网雷达抗欺骗式干扰高分辨一维距离像相关系数

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基于SQM相关性的GNSS诱导式欺骗检测

王文益侯迎龙史文浩

1748-1760页

查看更多>>摘要：最初设计用于多径检测的信号质量监测(Signal Quality Monitoring,SQM)技术已被证明可用于识别欺骗攻击,具有简单结构和良好可行性,但是它容易受到噪声的影响,检测性能会明显下降.改进后的SQM的移动方差(Moving Variance,MV)和移动均值(Moving Average,MA)技术可以减少噪声的影响,增强SQM技术的欺骗检测能力,但是它们未考虑多颗卫星之间的联系.因此,本文利用多颗卫星之间的关联提出了一种新的增强 SQM技术来检测欺骗,可适用于更多的欺骗环境.众所周知,诱导式欺骗干扰同时攻击多颗卫星,而各颗卫星受到的诱导过程具有相似的特性,导致各颗卫星的跟踪环路中自相关函数(autocorrelation function,ACF)有着相似的畸变趋势,进而不同卫星间SQM幅值的变化是相似的.由于度量的相关性可以更好地反映这种相似性,本文将多颗卫星间SQM度量的相关性(correlation,Corr)作为检测欺骗发生的新度量.最后,推导了新算法的基本原理,证明了新度量服从高斯分布,然后,根据推导出的概率密度函数,给出了新算法的最优检测阈值.它的欺骗检测能力已经使用美国德州大学的欺骗数据集(Texas Spoofing Test Battery,TEXBAT)进行了验证,并与SQM的MV和MA进行了比较.结果表明,所提出的基于Corr的SQM方法在检测诱导式欺骗攻击方面是更有效的.

关键词：

GNSS欺骗检测诱导式欺骗信号质量监测相关性诱导过程

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