一种基于红外图像的空间目标探测方法

针对空间环境中的监视高速运动小目标的需求,提出一种基于红外图像的空间目标探测方法,实现对空间非合作目标的检测、跟踪与识别。根据目标红外特性,目标检测过程采用阈值分割算法分割目标,通过重心法提取目标质心,采用星图匹配方法剔除恒星背景;目标跟踪识别过程采用轨迹关联算法进行多目标编批及轨迹跟踪,采用基于目标运动速度信息和方向矢量信息的目标分类算法最终识别目标。实验结果表明,应用该方法能够在1 s内实现空间目标探测,满足空间环境监视对目标探测的实时性好、检测概率高、虚警概率低等要求。

面向外辐射源雷达目标探测的非时变稀疏模型和深度展开网络实现方法

近年来,基于稀疏特征提取的目标探测方法成为了雷达领域的研究热点。基于正交频分复用调制的外辐射源雷达(简称“外源雷达”)由于发射波形不受控,一方面构建的稀疏模型会随未知发射波形时变,导致相应的目标探测方法计算量大;另一方面目标回波常常因被直达波等强杂波掩盖而面临探测困难。在此背景下,利用外源雷达的正交频分复用波形特点,使用导频位置处频域信道响应提出一种非时变稀疏模型。通过将稀疏模型求解的每一次迭代过程替代为一层神经网络,首次研究了基于深度展开网络的智能化外源雷达目标探测实现方法。仿真和实测数据结果表明:所提方法与传统杂波抑制方法在目标探测上性能相近,但有着更低的计算复杂度,且无需人工设计稀疏矩阵等稀疏模型求解参数。

目标探测回波模拟单元可重构测试技术研究

现有空空导弹在柔性、可重构、快速响应等设计和研制方面与国际领先水平和军事需求相比还存在严重不足。其研发系统架构和生产研制架构形式已经无法满足未来的发展需求,特别是目标探测部件等核心关键组件。重点探索目标探测部件的新型可重构测试架构形式,通过模块化、标准化和通用化的模组组合,针对不同型号产品搭建快速验证平台,完成性能测试。提出了一种目标探测部件回波模拟单元的柔性可重构测试技术,通过对目标模拟单元的可重构设计,快速形成目标探测部件测试平台。

基于实测数据的机动目标探测性能评估研究

基于TTP准则的静目标鉴别性能理论模型评估方法具有环境适应性强、性能预测准确、系统参数优化便利等优点,但此方法对动目标探测性能评估的准确性还需展开进一步研究。为了准确评估动目标的探测性能,文中搭建了靶标运动系统、红外目标生成系统和目标采集及储存系统;采用人眼阈值判断实验方法实现不同成像作用距离、不同运动速度、不同靶标尺寸下的目标探测性能评估,获得了目标探测概率性能曲线;结合NVThermIP现场性能评估理论模型,在系统性能参数输入一致时计算目标探测性能。实验结果表明:NVThermIP现场性能预测模型对于动目标探测性能的预测存在一定偏差,在实验测量的目标运动速率范围内,随着目标运动速率的提升,目标更易被探测。实验结果为动目标性能评估理论模型的修正提供了数据支持。

复杂海洋环境下线性调频信号多目标探测研究

将不同长度线性调频(Linear Frequency Modulation, LFM)信号装入矢量信号源,其载波频率设置为中频,分别采样其输出的不同长度的LFM信号,对输出的LFM信号进行脉冲压缩Matlab仿真处理。实验表明,在采样频率及输出幅度相同的条件下,102.00μs脉冲内LFM信号仿真处理后的信噪比和旁瓣抑制比,相较3.00μs的指标提高了13.35 dB和4.61dB。进一步说明了由组合脉冲组成的LFM发射波形信号,其脉压体制雷达存在近距离回波比远距离回波差问题。提出了一种复杂海洋环境下多目标探测方法,对海用脉压体制雷达真实回波性能进行了改善和提升。

基于防空目标探测与跟踪的雷达资源管理技术研究综述

雷达资源管理是一项运用优化运筹理论挖掘雷达系统性能边界,通过对系统资源的高效分配和合理调度,实现系统的优化运行,并显著增强系统性能表现的综合性技术。随着机械扫描雷达、相控阵雷达以及多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)雷达技术的持续革新,雷达资源管理技术也在不断深化拓展,以满足日益复杂的目标探测与跟踪需求。鉴于军事威胁的不断加剧和装备技术的迅猛发展,为实现我军未来“网络中心战”的对抗模式,对防空反导武器预警探测装备的资源管理技术研究显得尤为重要。本文聚焦基于防空目标检测、跟踪的信息感知的雷达资源管理技术进行综述,深入剖析与总结现有文献以及研究成果:首先,本文从宏观角度系统概述了雷达资源管理的概念、管理要素组成以及优化策略求解方法。在此基础上,根据雷达系统架构将雷达资源管理研究内容划分为单站雷达资源管理和多站雷达资源管理,并分别对相控阵雷达、集中式MIMO雷达、分布式MIMO雷达以及组网雷达的资源管理研究现状进行梳理和讨论。最后,探讨当前研究中存在的问题和挑战,并对未来基于防空信息目标感知的雷达资源管理技术研究的发展趋势进行展望。期望本文能够为防空反导预警探测装备领域的研究学者提供有价值的参考,推动雷达资源管理技术的持续创新与进步。

多径利用雷达目标探测技术综述与展望

多径利用雷达(MER)目标探测技术主要基于电磁波在介质表面的反射、衍射等非直视(NLOS)多路径传播特性,实现对城市街角、车辆遮挡等“视觉”盲区内隐蔽目标的有效探测,其能够为城市作战、智能驾驶等多种应用提供服务,具有重要的现实意义和研究价值。为获知该领域的发展脉络,并预测未来可能的发展趋势,该文对21世纪初以来该领域国内外公开文献进行了归纳总结。相关文献的梳理结果表明,根据探测平台类型的不同,多径利用雷达目标探测技术目前主要包括两类:基于空中平台的多径探测技术和基于地面平台的多径探测技术。这两类技术均已取得一定具有实际意义的研究成果。针对空中平台,该文围绕可行性验证、影响因素分析、建筑环境感知和非视距目标探测4个方面展开梳理;针对地面平台,该文则从目标检测与识别、目标二维定位、目标三维信息获取及新型探测方法4个方面展开论述。最后,对多径利用雷达目标探测技术进行总结和展望,指出该技术在目前实际应用中所面临的潜在问题和挑战。这些结果表明,多径利用雷达目标探测技术正朝着多样化、智能化的方向发展。

基于OTFS的通感一体化主动信道感知与低空多目标探测

利用正交时频空调制(OTFS,orthogonal time frequency space)作为传输波形的通信感知一体化(ISAC,integrated sensing and communication)系统具有更高的通信资源利用率,成为解决频谱资源短缺的关键技术。随着环境中感知目标数的增加,基站接收到的由多个感知回波信号叠加而成的信号功率差异不明显,采用传统多目标信道感知与目标探测算法会造成误差传递和累积,从而影响系统感知信道参数和目标探测的性能。针对以上问题,提出了一种基于最大似然估计器的多目标信道参数检测与目标探测算法,实现对感知参数估计和目标探测精确度的提升。具体而言,通过对接收到的叠加信号采用并行干扰消除(PIC,parallel interference cancellation)算法,利用从上一轮迭代中得到的结果重建信号,并从接收信号中减去重建的信号,从而提高在感知参数估计和目标探测时回波信号的信干噪比,实现最大似然估计器性能的提升。仿真结果表明,所提算法相较于传统算法能够实现更准确的信道估计和目标探测,并且所提算法具有较好的收敛性,能够有效减少时间开销。

基于云边端的空间目标探测感知系统架构设计

空间目标探测感知系统作为未来信息化作战的关键要素,为现代化战争提供了重要的天域预警信息支撑,文中面对未来空间目标呈现小型化、星座化、异变化等特点,将云边端架构引入空间目标探测感知系统的架构设计中。首先,分析了目前空间目标探测感知系统面临的问题和系统需求;然后,结合云边端架构的理念提出了一种空间目标探测感知系统架构的设计方法,考虑当前探测感知装备现状合理设计了云中心、边中心和端节点的系统组成,结合空间目标探测流程设计了“两环、一库、四要素”的系统运行逻辑架构;最后,总结了该架构具备的先进能力特征。

面向水下目标探测的海洋机器人追踪控制策略

随着科技不断发展以及陆上资源匮乏,水下机器人已经成为开发海洋战略的重要工具,而深化机器人的追踪控制成为项目开发的难点和重点。因此,本文构建了机器人追踪控制系统的模块功能模组,并结合数学原理进行了模拟仿真。结果表明,基于水下机器人追踪的优化控制策略具有较好的应用效果,其控制误差数值较低,速度以及位置误差都在可控范围内。结论表明,基于水下目标探测的海洋机器人追踪控制策略能够快速改进与调整机器人的运行,保证运行稳定性。

面向实践创新能力培养的目标探测与识别课程实践教学探索

目标探测与识别课程的实践教学对于光电专业学生的专业创新探索能力培养与发展具有重要意义。针对实践教学基础条件不完善、实践内容不深入和实践方式不多元等问题,结合教学目标,开展教学实地备课,分析把握实践教学特点,从三类实践教学特色内容与三种教学创新方法对目标探测与课程实践教学进行探索,培养和提高学生的思维与实践全向创新能力。

面向无人机群目标探测架构和关键技术研究进展

无人机(UAV)在军事、商业和民用领域的应用日益广泛,随着无人机群数量的增加,对于安全、隐私和公共利益的影响也日益受到重视。因此,研究面向无人机群目标的探测技术显得越来越重要。目前国内外已经开展了多项无人机群目标的探测相关研究工作。本文研究了无人机群目标探测的研究现状以及面临的挑战;然后针对这些挑战讨论了无人机群目标探测架构技术的类型。针对集中式、单一手段难以满足无人机群精细化感知、态势评估需求,提供了面向无人机群目标的空地联合多域探测架构,该架构具体包括:组网雷达、分布式频谱被动监测设备、移动多光谱感知设备、移动频谱监测设备;结合了不同感知方式在不同距离、不同方位、不同粒度等维度的优势,通过级联、协同、融合方式突破了单域探测的局限性。最后对其中关键技术进行了分析与总结。

GNSS外辐射源雷达低慢小目标探测概率

尽管全球导航卫星系统(GNSS)外辐射源雷达具有信号源广泛、覆盖率高、容易进行时间同步等特点,受到了国内外研究机构的广泛关注,但由于卫星位置变化和单颗卫星的目标探测性能有限,难以满足实际探测需求。根据几何构型给出GNSS外辐射源雷达双基地角计算方式,仿真研究双基地角与目标雷达散射截面积(RCS)的关系,分析探测时间与目标最大探测距离的关系,得到目标探测概率的理论表达式,并据此评估基于GPS L5信号的外辐射源雷达在单星、多源融合及前后向协同探测模式的目标探测概率。仿真结果表明:单星前向和后向探测模式的有效探测时间覆盖率不足1%,采用前后向协同及多源融合的探测方式,可有效提升GNSS外辐射源雷达的目标探测性能至25%;通过采用连续扫描检测的方式实时改变接收天线的照射方向进行目标探测,在前后向协同的多源融合探测模式下,有效探测时间覆盖率达到98.96%,基本满足全天时有效探测需求。

面向GEO目标探测的面阵TDI空间相机

为了提高远距离、暗弱目标探测灵敏度,通常需要增大可见光相机口径,这会显著增加相机的质量和体积,无法适应卫星轻小型化要求。针对低轨探测地球同步轨道(GEO)目标需求,利用低轨零倾角卫星与GEO目标相对速度恒定,设计了面阵相机时间延迟积分(面阵TDI)成像模式。与自然交会模式、面阵凝视模式相比,在不增加相机口径的前提下,大幅提高了相机探测灵敏度。阐述了面阵探测器TDI成像原理,推导了相机信噪比计算模型,对目标运动、积分时间、探测灵敏度和信噪比等主要成像参数进行了计算,分析对点目标探测成像的影响。研制了一台原理样机,在暗室条件下的实测结果表明,相机TDI级数为96级,可实现对GEO轨道目标探测能力优于15星等,信噪比大于5。

基于主动相干光学合成孔径超分辨成像的空间目标探测系统

基于宏观反射式傅里叶叠层成像理论,提出一种主动相干光学合成孔径超分辨成像空间目标探测系统。采用主动相干光源配合单个小孔径相机,采集目标低分辨图像序列,通过傅里叶叠层拼接算法重构接近等效合成孔径倍率的超分辨图像。给出了系统的总体方案和详细设计,并通过搭建的宏观反射式近红外主动相干光学合成孔径超分辨成像地面实验装置验证了系统的超分辨成像能力。该系统有望通过小孔径实现等效合成孔径全天时高分辨成像效果,大幅缩减载荷口径需求。弥补传统空间目标探测系统夜间成像能力的不足,提升空间目标夜间探测能力。

一种新颖的探地雷达快速正演模拟及埋地目标探测机器学习方法

探地雷达正演模拟在真实雷达数据解译及全波形反演中扮演着重要的角色,针对传统探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)正演模拟计算量巨大、耗时、不利于实时探测等问题,提出一种基于机器学习框架的近实时GPR正演模拟方法.以混凝土中的钢筋探测作为GPR应用场景,混凝土的含水量、钢筋半径及埋地深度作为模型参数,利用时域有限差分数值模拟散射回波信号;运用主成分分析对回波数据进行降维处理得到相应的主成分权值系数,并以此作为机器学习网络的输出;设计了一种基于随机森林的多层循环网络架构和学习策略,不仅充分挖掘学习模型参数和主成分权值系数之间的内在因果关系,也共享主成分间的相互联系,并具有对每个预测主成分完善和修正的功能,以此实现基于机器学习的探地雷达快速正演模拟,与传统机器学习相比,有效提高了正演模拟的精度.在此基础上将两个深度神经网络与随机森林相结合,以回波数据主成分系数为输入,建立了基于机器学习的场景参数预测模型,实现了近实时的埋地目标探测,预测的混凝土含水量最大误差为2%,钢筋埋地深度最大误差为6.7%.

像素binning技术在高速弱点目标探测中的应用研究

弱点目标探测系统要求系统具备高的探测灵敏度和高空间分辨率,实现弱点目标的稳定探测、目标的精准定位以及多目标伴飞时的精细分辨。光电跟瞄系统一般分为目标捕获和目标跟踪两个阶段。在目标捕获阶段,由于速度估计偏差,目标高速飞行的同时,若采用长积分时间进行探测,易出现目标能量跨像元的现象,难以实现目标探测信噪比的提升。为了解决目标高速运动导致的探测灵敏度降低的问题,本文提出了一种基于滑窗像素binning的高速弱点目标探测跟踪技术。像素binning模式提高了初始捕获阶段的探测灵敏度和探测稳定性,当跟瞄系统完成目标的稳定跟踪时,可以采用长积分时间和高分辨率模式完成目标的高灵敏度和高分辨率探测。本文对像素binning模式的信噪比增强效果进行了分析。分析表明,像素binning模式有利于提高高速弱点目标探测的信噪比和探测稳定性。

混合1范数与全变分约束下的海底目标探测

提出了一种以1范数与全变分的加权和作为正则项的方位估计算法,该算法通过1范数稀疏约束来获得高分辨能力,采用全变分约束来加强目标边缘特征并提高其内部的平滑性,在提高方位分辨率的同时,改善了对方位扩展目标估计性能。在宽带条件下对算法进行了扩展,将接收信号在频域分频后的子频带变换回时域,再在时域上使用窄带算法进行处理,这样避免了时域分段处理造成的时间分辨力的损失。结合了海底探测场景进行了仿真实验验证,结果显示,所提算法的探测结果不仅获得了方位分辨率提升,而且总平方误差小于目前常见的同类算法。因此,在对海底大型方位扩展目标的探测当中,通过在稀疏优化类方位估计方法中加入全变分约束能够保持目标的结构特征,有效提升探测性能。

面向多目标探测的无线传感器网络资源调度方法

针对传统无线传感器网络在协同探测跟踪目标过程中,资源调度模型要素考虑不周全、求解算法寻优能力弱、收敛速度慢等问题,首先,综合考虑了影响无线传感器探测网络效能的约束条件,设计了优化调度指标评价体系,并提出了指标描述的量化方法;接着,在此基础上以传感器探测网络效能收益最大为原则,建立了完善的资源调度模型;最后,通过引入混沌映射思想、正余弦算法、自适应权重因子,对象群优化算法进行了改进,并应用到模型的求解当中。仿真结果表明:所提出的资源优化调度方案能够有效提升无线传感器资源的利用率,并能选取合适的传感器资源来完成探测任务;改进后的象群优化算法与基本象群优化算法相比,迭代次数减少了41次,求解精度提高了124%,运行时间缩短了57%。

强杂波背景下FMCW雷达低小慢目标探测研究

强杂波背景下的雷达回波处理一直是雷达信号处理的难点和重要工作。对调频连续波雷达信号处理进行了详细分析,完成了中频采样、数字下变频、FFT处理、MTI/AMTI处理、反异步处理、CFAR和杂波图处理原理框图设计。通过对强杂波背景下FMCW雷达低小慢目标的探测能力分析,提升了强杂波背景下对近距离小木船及海面漂浮的浮筒等低小慢目标的探测能力。为复杂海洋环境下FMCW雷达低小慢目标探测提供了一种新方法。