2022年第0卷第12期文章目次

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  • 1  深度学习雷达信号处理应用综述——机遇与挑战
    吴 迪,徐 滢,汪倍宁,耿 哲,朱岱寅
    2022, 44(12):1-7.
    [摘要](10549) [HTML](0) [PDF 7.29 M](360)
    摘要:
    作为人工智能的重要分支,深度学习在近年来飞速发展,已成功应用于多个领域的研究工作中。深度学习算法为解决雷达信号处理领域的瓶颈问题提供了新的突破口,也带来了新的技术难题。文中针对深度学习在低截获与无源雷达波形识别、自动目标识别、干扰杂波信号的识别与抑制以及雷达波形与阵列设计等领域的应用进行了全面梳理总结,重点介绍和分析了近年来提出的基于深度学习的雷达波形识别和合成孔径雷达图像自动目标识别方法,阐明了限制深度学习算法性能的主要因素,旨在为相关领域科研人员开展后续研究提供参考依据。
    2  基于三维联合识别网络的毫米波雷达手势识别方法
    杨 磊,张文鹏,姜卫东,杨 威
    2022, 44(12):8-14.
    [摘要](9603) [HTML](0) [PDF 9.01 M](221)
    摘要:
    随着智能化时代的到来,基于毫米波雷达的手势识别逐渐成为研究热点。针对目前基于雷达的手势识别方法中存在利用信息有限且泛化能力低的问题,文中在三维卷积神经网络的基础上提出了三维联合识别网络(3DURNet)模型。3DURNet 以宽带雷达获取的距离-多普勒(RD)图序列作为输入,使用金字塔注意力卷积模块提取RD 序列的多尺度空间特征并自适应地校准跨维度的通道权重,强化重要特征,进一步使用时间自注意力模块对全局时序信息进行建模,最后通过分类器得到识别结果。文中利用毫米波雷达在多种场景下对多名实验对象的不同手势动作进行测量形成一套雷达手势识别数据集。对比实验表明:所提出的3DURNet 网络模型对手势动作识别的准确率可达到95. 6%,参数量比主流3D网络降低一个数量级,同时具有良好的泛化能力,可为基于雷达技术的手势动作识别提供新的技术方案。
    3  基于深度学习的米波雷达低仰角估计方法
    王鸿帧,郑桂妹,宋玉伟
    2022, 44(12):15-24.
    [摘要](9919) [HTML](0) [PDF 9.90 M](202)
    摘要:
    米波雷达在探测低空目标时存在严重的多径效应,直达波和反射波相当于距离较近的两个强相干点源,目标回波信号协方差矩阵存在噪声子空间与信号子空间相互渗透的问题,经典的超分辨物理算法仰角估计精度会急剧变差。为解决上述问题,文中基于米波雷达经典镜像多径反射模型,利用深度神经网络和全连接网络构造了一个深度学习网络用于低仰角目标波达方向(DOA)估计,将子空间相互渗透的原始协方差矩阵数据实部、虚部及相位特征作为深度学习网络输入,利用智能学习方法解决了多径反射条件下DOA 估计问题。相比于基于子空间分解或信号拟合类的超分辨估计方法,文中所提方法仰角估计精度更高且计算量更小。仿真实验验证了新方法的优越性和有效性。
    4  基于深度强化学习的雷达智能决策生成算法
    赵家琛,张劲东,李梓瑜
    2022, 44(12):25-33.
    [摘要](10359) [HTML](0) [PDF 8.51 M](189)
    摘要:
    针对雷达系统面临的干扰场景复杂多变、人工设计抗干扰策略性能难以保证以及实时性不高的问题,构建了基于深度强化学习的智能决策生成模型,设计了有针对性的动作集、状态集和奖励函数。同时提出了基于双深度Q 网络(DDQN)的决策网络训练算法,用于克服深度Q 网络(DQN)算法中目标网络与评估网络相耦合导致Q 值的过估计。仿真结果表明:与DQN、Q 学习、人工制定策略与遍历策略库等方法相比,文中所设计的智能决策模型和训练方法对干扰的抑制效果好,泛化能力更强,反应时间更快,有效地提升了雷达自主决策能力。
    5  深度迁移学习的两阶段雷达目标检测方法
    施端阳,林 强,胡 冰,尹建国
    2022, 44(12):34-41.
    [摘要](9538) [HTML](0) [PDF 21.11 M](462)
    摘要:
    针对传统的基于统计特性的目标检测方法统计建模困难和机器学习目标检测方法特征提取复杂的问题,提出了深度迁移学习的雷达目标检测方法。采集雷达的IQ 数据,经过脉冲压缩处理后形成雷达原始图像,通过对雷达图像进行放大、裁剪等步骤构建飞机目标数据集;设计R-CNN、SPP-Net、Fast R-CNN 和Faster R-CNN 等两阶段深度学习目标检测模型,对雷达图像中的飞机目标进行自动检测;模型训练时,引入迁移学习思想,使用预训练过的卷积神经网络自动提取图像中的深层特征,以达到减少雷达图像训练样本量的目的。某型航管雷达实测数据的实验结果表明:与传统的恒虚警率检测方法相比,该方法提高了雷达目标检测率,降低了虚警率,解决了检测率与虚警率的矛盾。
    6  一种基于JADE 算法的FDA-MIMO 雷达智能抗主瓣转发干扰方法
    杨朝鹏,王 峰
    2022, 44(12):42-47.
    [摘要](9931) [HTML](0) [PDF 7.47 M](183)
    摘要:
    针对传统的相控阵雷达及多输入多输出(MIMO)雷达在面对与目标角度相同、距离不同的主瓣转发式干扰时无法有效地区分目标与假目标的问题,以及多类型主瓣干扰同时存在的抗干扰难题,基于频率分集阵列(FDA)-MIMO 雷达,提出了一种基于矩阵联合近似对角化(JADE)盲源分离算法的智能抗干扰方法。首先对接收信号进行波束形成处理,然后将波束输出信号进行匹配滤波处理。根据频率分集子频率受干扰的情况,自适应地选择干扰较弱的子频率,采用JADE 算法将干扰与目标分离开来,实现智能抗干扰。为了加强对主瓣瞄频及切片等转发干扰的对抗效果,针对每个频率分集子频率,采用低通窄带滤波,滤除干扰。仿真实验表明:将基于智能子频选取策略的接收波束域JADE 算法应用到FDA-MIMO雷达可以实现良好的抗主瓣干扰效果。
    7  基于帧间多维特征的深度学习雷达目标检测技术
    王治飞,于俊朋,杨予昊,夏凌昊
    2022, 44(12):48-54.
    [摘要](10166) [HTML](0) [PDF 14.56 M](245)
    摘要:
    非均匀非平稳非高斯强杂波常导致基于能量的传统阈值检测方法目标检测率低或产生大量虚警,影响目标录取性能。一些工作探索了采用时频特征图基于机器学习的目标检测方法,但对于驻留时间短的雷达搜索应用,难以获得高分辨率时频特征,导致基于时频特征图的机器学习方法性能下降甚至失效。因此,提出了一种新的基于目标帧间多维特征的目标检测方法及相应的神经网络模型RDF-ResNet。通过在解模糊过程中提取疑似目标帧间多维特征并输入到RDFResNet中,实现在特征空间上对虚警的抑制,结合低阈值检测,实现检测率的有效提升。实测实验数据表明:文中所提方法可实现较传统阈值检测方法约41??的检测率提升和约48%的虚警率降低,能有效提升雷达目标检测能力,并为雷达回波特征空间的有效构建和机器学习雷达目标检测提供了新思路。
    8  基于联合稀疏约束的单通道圆迹SAR 三维成像处理
    王 昕,李海潮,常贵清
    2022, 44(12):55-62.
    [摘要](10531) [HTML](0) [PDF 16.29 M](175)
    摘要:
    在现有单通道圆形航迹合成孔径雷达(SAR)数据采集条件下,直接三维成像后高度向分辨性能受限。为此,文中研究了先进行二维处理后高度向分离成像的处理流程,提出了一种基于联合稀疏约束的单通道圆形航迹SAR 三维成像处理算法。首先,对传统二维成像中目标高度失配引入的相位误差进行了分析和推导。然后,计算不同位置处成像栅格的失配相位误差来构建过完备字典,并将二维成像处理后的雷达回波频谱在字典上进行联合稀疏约束投影。由于目标的失配相位误差与字典中各个向量之间的相干性存在差异,回波频谱的绝大部分能量会投影与其高度相匹配的字典向量位置处。结合联合稀疏约束计算则有助于实现回波投影能量的聚集和交叉分量的抑制,进而完成混合接收数据的分离和聚焦处理。最后,数值仿真验证了算法的有效性。
    9  基于多姿态角模型的SAR 图像分类方法
    李家强,胡张燕,杨广乐,陈金立,黄柏圣
    2022, 44(12):63-69.
    [摘要](9980) [HTML](0) [PDF 10.76 M](219)
    摘要:
    针对传统合成孔径雷达(SAR)图像目标识别存在精度低、效率差的问题,提出一种多姿态角模型SAR 图像分类方法。根据SAR 图像姿态角敏感特性,首先将数据集按照不同方式和间距进行划分,得到不同的数据集组合,其次利用卷积神经网络训练划分后的数据集得到不同组子模型,并将效果最好的一组子模型融合成一种多姿态角模型,最后使用稀疏表示的方法对待测样本进行姿态角的角度估计,获取其姿态角信息后送入多姿态角模型中进行模型匹配,得到图像分类结果。实验结果表明,所提方法的目标识别准确率高于传统算法,在姿态角变化较小的数据集中训练得到的模型能够对目标群体进行更精确的目标类别估计。
    10  基于LFM 信号频域去斜和压缩感知的雷达距离超分辨
    陈希信
    2022, 44(12):70-73.
    [摘要](10363) [HTML](0) [PDF 2.49 M](146)
    摘要:
    雷达经常发射线性调频(LFM)信号并对接收信号进行频域去斜以及傅里叶逆变换实现常规的目标距离分辨。基于雷达目标的稀疏性特征,数字回波信号经频域去斜后在傅里叶字典矩阵下可以稀疏表示,根据压缩感知理论,对去斜信号向量进行低维线性观测后可以将稀疏表示向量解算出来,其中非零元素的位置表征了目标距离,当两个非零元素之间的间隔小于瑞利限时,表明上述处理过程具有超分辨能力。基于此,文中提出了一种基于LFM 信号频域去斜和压缩感知的雷达距离超分辨方法,对LFM 回波信号进行频域去斜处理及稀疏表示,采用压缩感知技术解算稀疏表示向量以实现超分辨,并给出了仿真实例和分析。
    11  基于交替方向乘子法网络的机载雷达前视成像方法
    潘耀雄,吴 迪,韩国栋,朱岱寅
    2022, 44(12):74-80.
    [摘要](10126) [HTML](0) [PDF 7.60 M](182)
    摘要:
    实孔径超分辨技术已经广泛应用于雷达前视成像领域,然而其中大部分迭代求解方法往往面临参数选择困难和迭代重建耗时等问题。对此,文中提出了一种基于交替方向乘子法网络的机载雷达前视成像方法。该方法将前视成像构建为施加了稀疏约束的解卷积问题,把交替方向乘子法(ADMM)分离变量迭代求解的过程映射成一个深度神经网络,即ADMM-Net (ADMMN)。经过训练,ADMMN 可以在有限的网络深度下学习最优的参数,借此提高雷达方位向的分辨率。实验结果表明,相较于传统迭代算法,ADMMN 可以用更少的时间实现前视超分辨成像。
    12  基于双通道复数卷积神经网络的DOA 估计算法
    俞 帆,陈格格,沈明威
    2022, 44(12):81-86.
    [摘要](9832) [HTML](0) [PDF 8.17 M](185)
    摘要:
    针对低信噪比下基于实数卷积神经网络(RV-CNN)的阵列波达方向(DOA)估计方法对接收信号幅相特征提取不充分的问题,引入复数卷积神经网络(CV-CNN)进行DOA 估计。为进一步提高分类准确率,构建了一种基于复数卷积神经网络的非对称双通道DOA 估计模型(CV-DCNN)。该模型以阵列接收信号的复数协方差矩阵作为输入,分别输入由空洞卷积层组成的第一通道和由标准卷积层组成的第二通道中,其中空洞卷积在不损失角度信息的情况下,增大特征图的感受野。通过复数卷积神经网络(CV-CNN)独有的复数卷积方式提取和融合信号的幅值和相位特征,将双通道提取的特征融合后通过全连接层和sigmoid 函数实现角度分类结果输出。实验结果表明,CV-CNN 比RV-CNN 有更快的收敛速度,在低信噪比和少快拍条件下,CV-CNN 比RV-CNN 有更高的估计精度,而CV-DCNN 比CV-CNN 在收敛速度和估计精度上又有了进一步的提升。
    13  基于深度学习的机载SAR 典型目标识别算法
    何 涛,李大亮,曹兰英
    2022, 44(12):87-92.
    [摘要](10683) [HTML](0) [PDF 22.13 M](410)
    摘要:
    在多分辨率场景下基于合成孔径雷达(SAR)图像进行多类典型目标识别,是SAR 图像信息解译的重要环节。基于YOLO-v4 网络模型,针对目前机载SAR 图像及目标信息的特点,提出一种应用于真实机载平台下多场景跨分辨率的实时检测处理架构。文中通过对多类目标进行双重检测,对样本数据量低的训练集进行数据增强,并将图像分割后的同类型目标信息进行合并,解决了多分辨率SAR 场景下目标尺度跨度较大的问题。实验结果表明:该方法能够在相关机载SAR数据集上达到六类目标(机场、桥梁、立交桥、汽车、装甲车、飞机)82. 8%的mAP 值,对后续机载SAR 复杂场景下更多类型目标的检测识别具有重要的借鉴意义。
    14  基于雷达光学影像融合的养殖池塘提取方法
    张志德,葛贵银,刘祥梅,王 健,陈嘉琪
    2022, 44(12):93-100.
    [摘要](9741) [HTML](0) [PDF 17.82 M](209)
    摘要:
    池塘养殖在提供水产品同时为周边水环境带来了污染,为此对养殖池塘提取算法进行研究。针对养殖池塘提取过程中雷达图像受地形影响易产生噪声,而多光谱图像易受天气等因素影响这一现象,文中提出了一种基于决策级融合的塘坝提取方法,综合多数据源成像的优势来提高识别精度。先对雷达图像进行预处理和超分辨图像重建,再用面向对象的连通分量分割算法对图像进行水陆分割。随后,利用2015 水体指数对光学影像进行水体提取,整合光学数据的光谱特性并与雷达影像进行决策级融合,全面考虑每个数据源的分类结果,得到最终的养殖池塘分布图像。实验数据表明:决策级融合利用雷达影像较高的分辨率和光学影像丰富的波段信息,提高了对小型塘坝的分辨能力,较单一数据源提取优势显著。
    15  一种机载雷达双Capon 迭代空时自适应处理算法
    郝向阳,韩晓东,李晓明
    2022, 44(12):101-105.
    [摘要](10040) [HTML](0) [PDF 3.36 M](122)
    摘要:
    提出了一种机载雷达基于双Capon 迭代的空时自适应处理算法,该算法首先对机载数字阵列雷达合成的列子阵进行多普勒域滤波处理,然后选取与检测单元左右相邻的若干个多普勒门信号构建空域矢量和时域矢量联合的二次代价函数,进行迭代寻优处理,每步迭代中空域和时域分别进行Capon 自适应处理;利用循环最小化思想讨论了算法的收敛性。计算机仿真分析表明:该方法只需4~5 次迭代即可接近收敛性能,具有计算复杂度低、样本数要求低、鲁棒性好等优点。最后通过某型机载数字阵列雷达实录数据处理验证了算法的有效性。
    16  基于端到端网络机制跨域稀疏SAR 与光学图像精准匹配方法
    黄柏圣
    2022, 44(12):106-111.
    [摘要](9715) [HTML](0) [PDF 17.38 M](186)
    摘要:
    由于合成孔径雷达(SAR)和光学图像两种模态之间存在显著的几何和辐射差异,传统方法难以实现SAR 与光学图像的精准匹配。文中提出了一种基于端到端网络机制的跨域稀疏SAR 与光学图像精准匹配方法。该方法首先预测每幅图像中最适合匹配的区域,然后通过多尺度特征空间互相关运算生成匹配热图,最后将匹配热图分为正匹配和负匹配来消除异常值,实现SAR 与光学图像匹配的精确匹配。实验结果表明,所提方法性能指标优于已往SAR 与光学图像匹配方法,可用于大规模场景的精确匹配,利于提升光学卫星图像的地理定位精度。
    17  子阵级密集MIMO 阵列性能分析及试验验证
    孙 斌,张二伟,王久友,黄 璐,华煜明
    2022, 44(12):112-118.
    [摘要](9739) [HTML](0) [PDF 6.39 M](230)
    摘要:
    相比单元级密集多输入多输出(MIMO)阵列的处理复杂度,子阵级密集MIMO 阵列更具工程应用前景。针对已有文献分析均基于单元级密集MIMO 阵列的不足,文中首先理论推导出了子阵级密集MIMO 阵列的归一化方向图函数,然后阐述了其与单元级密集MIMO 阵列在虚拟孔径形成上的本质差异,并分别与单元级密集MIMO 阵列和相控阵(PA)进行了信噪比、测角精度和角分辨率等性能的对比分析,最后搭建试验平台验证了理论分析的正确性。

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