基于激光光幕的高速小目标信噪比研究

通过对目标过靶时光电探测器与运算放大器所产生信号和噪声的研究,推导出信噪比与激光出射功率、原向反射屏逆反射效率的理论关系;进行多组实验验证激光功率、反射效率对信号信噪比的影响。结果表明所设计的激光光幕系统,通过适当提高激光功率、采用逆反射效率高的反射屏,可以有效提升高速小目标过靶信号的信噪比。

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。

图像序列中破片群目标提取与关联方法研究

图像序列中破片群目标的提取和相互关联是基于高速摄影的破片参数测试中的关键技术,为准确提取破片群目标并进行关联,采用混合高斯背景建模结合邻帧差分法提取出前景;通过形态学处理,消除爆炸产生的火花扬尘等干扰,准确提取出了图像中的破片目标;提出了基于轨迹约束的搜索方法对图像序列中同一破片目标进行关联,通过试验验证,证明方法可以满足测试要求。解决了高速摄影法进行破片测速中破片群目标提取和图像序列中同一目标关联的关键问题。

基于改进YOLOX的接触网U型抱箍开口销检测算法

针对高铁接触网的关键零部件U型抱箍开口销由于目标较小难以检测其缺失故障的问题,提出了一种基于YOLOX模型改进的小目标检测方法。根据高铁接触网图像背景较暗、开口销所占图像比例非常小的特点,引入了卷积块注意力机制模块(CBAM)来关注图像重要区域;使用CIOU替换IOU来优化YOLOX的损失函数,更加准确地评估预测框与目标框的匹配程度;设计了SC-PAN(skip connection PAN)结构来增强特征表达能力;构建了MSF-ASPP(multi-scale fusion atrous spatial pyramid pooling)模块,通过不同扩张率的空洞卷积进行多尺度融合,更好地捕捉图像中的语义信息。实验结果表明,改进后的YOLOX算法对U型抱箍定位的精确度达到了94.05%、召回率为97.53%、平均精度均值(mAP)为97.01%,单张检测时间为0.741 s,对开口销的再次定位的精确度高达99%、开口销缺失检测的精确度高达95.45%,其定位以及缺失检测整体效果都有着明显的提升。

基于TDI-CCD的高速小目标交汇测量系统

介绍了TDI CCD图像传感器的工作原理和成像特点 ,提出了基于TDI CCD的交汇测量系统 ,初步分析了该交汇系统行扫描速率和目标运动速率的同步控制问题。同一般线阵CCD组成的交汇测量系统相比较 ,TDI CCD构成的交汇测量系统能够提高探测灵敏度、扩大动态探测范围、增大信噪比 ,从而大大提高系统对目标的捕获几率。同时亦可减小照明光源的亮度及功耗。对大靶面、高速小目标物体运动轨迹的精密测量具有重要意义。

水中高速小目标被动检测模型及其应用

针对水中高速小目标难以准确检测的问题,结合3D超波束形成(3D-HBF)方法具有灵活控制窄波束和低旁瓣的特性,以及模糊支持向量数据描述(FSVDD)检测器具有优良的目标检测性能这两者的优势,构建了水中高速小目标被动检测模型和具体实施方法。在该方法中,高速小目标的辐射噪声信号经过3D-HBF后,将获得的波束响应输出向量输入到FSVDD检测器中,从而实现目标的自动检测和测向。将该方法应用于水下高速小目标检测的实航试验中,结果表明,同基于常规波束形成的检测器相比,其具有更好的检测性能、目标检测准确率和较高的方位估计精度。

一种水下高速小目标的多普勒频率估计方法

针对近程主动声探测水下高速小目标的回波多普勒频率估计问题,根据ESPRIT算法原理,提出了一种改进的ESPRIT频率估计算法。该算法利用目标回波信号的时延数据,构造两组完全相同的子阵列,通过对两组子阵列的互协方差矩阵构造的矩阵束进行广义特征分解,实现了对水下高速小目标回波信号的多普勒频率估计。与标准ESPRIT算法相比,改进的ESPRIT算法不需要进行自协方差矩阵的特征分解,因而具有较低的计算复杂度。计算机仿真表明,该方法对水下高速小目标的回波多普勒频率估计是有效的。

低慢小目标雷达探测技术研究

低慢小目标的探测,需要从强杂波抑制和多路径效应两个解决途径入手,针对低慢小目标高度低、速度慢、反射截面积小的目标特性,综合采用高分辨技术(窄波束、高距离分辨、高速度分辨)、精细化处理、频率捷变技术实现对目标的可靠检测,理论分析和试验数据分析表明,这些方法对于低慢小目标的探测是有效的。

一种基于蚁群算法的数据关联方法

提出了基于蚁群算法的多目标跟踪数据关联方法——ACDA(Ant Colony Data Association)。算法基于目标与量测之间的距离信息、角度信息和速度信息,依靠蚁群算法的优化机制,确定目标航迹和量测的正确关联,并且采用扩展卡尔曼滤波对目标状态进行估计。实验结果表明,该方法对应用在机动性较弱的高速小目标数据关联时能够获得较高的正确关联率,且运行时间较短。

空天高速目标探测跟踪传感器资源调度模型与算法

针对空天高速目标跟踪中,传感器资源调度任务无时间等待、传感器资源匹配形式多样、观测时间碎片化等问题,提出了多源异构传感器调度多目标优化模型和求解该模型的多目标柔性果蝇算法。针对传感器调度时间碎片化问题,采用柔性分割调度时间,设计了目标-时间-传感器三维编码方式;为了避免相似个体交叉进化造成搜索陷入局部最优,提出基于个体特征的交叉操作和变异操作;针对进化过程中个体产生碎片时间、重复观测等问题,提出柔性调整操作。最后通过两个案例测试,对提出的模型和算法进行仿真验证,实验证明算法能够合理地求解多源异构传感器资源调度问题,在收敛性和分布性方面优于对比算法。

基于惯性椭圆拟合的小目标姿态测量方法

视觉测量方法在飞行器姿态测量中被广泛应用,然而远距离飞行目标成像纹理缺失会使传统光测手段应用受限。对测量中采用的追踪手段、图像分割技术以及测量方法进行研究,提出一种改进的小目标姿态测量方法。利用高速相机拍摄目标,通过跟踪算法对运动目标进行框选,使用非面积极大区域抑制法分割目标,计算目标图像的惯性椭圆从而实现目标姿态测量。实验结果表明,在仿真情况、低复杂度及高复杂度的真实拍摄场景下,该方法的误差分别低于0.233°、0.307°及0.325°,基本满足导弹等小目标的姿态测量精度需求,测量结果稳定可靠,能够有效降低人工判读的工作量。

强海杂波背景下目标信号的自适应频谱窗检测

针对通过频谱加固定矩形窗的频域滤波检测导弹目标信号的方法对强海杂波适应性较差的问题,提出了强海杂波背景下导弹目标信号的自适应频谱窗检测方法。该方法在实时估计的海杂波上限截止频率和理论上弹目最大交会速度的基础上,构建频带范围及形状适应于当前频谱、具有一定自适应性的频谱窗来抑制强海杂波对提取导弹目标谱峰信息的干扰。仿真表明,该方法能有效抑制强海杂波对提取导弹目标信号谱峰信息的干扰,提高了系统在强海杂波背景下检测导弹目标的性能。

基于正反HFM信号的水下高速小目标处理算法与试验分析

针对水下高速小目标的特点,提出了基于宽带正反双曲调频(HFM)信号的水下高速小目标检测与参数估计快速算法,并完成了仿真。通过在信号发射端加入时间伸缩因子来模拟目标运动,实现了水下高速小目标检测与参数估计的动态试验。并采集了雷体的反射回波数据。设计的以TMS320C6701为核心的信号处理系统,通过本文提出的快速算法实现了低信噪比下雷体反射回波检测与参数估计。试验结果表明,基于正反HFM信号的快速处理算法及数字信号处理(DSP)系统能有效完成低信噪比下的高速目标回波的检测与参数估计,与仿真结果具有较好的一致性.

一种针对高速小目标的偏航角测算方法

射弹偏航角是影响电磁轨道发射装置发射精度的关键参数,为实时、高精度测量射弹偏航角,提升电磁轨道发射装置发射精度,基于双目视觉原理提出一种无需目标速度的射弹偏航角测算方法。利用高速射弹轨迹图像,通过构建像机线性成像模型解算高速射弹图像坐标,实现目标偏航角的测量。分析了光学系统参数对测量精度的影响,理论误差约为14.5μrad。偏航角测量实验结果表明该方法能够实时、准确测算射弹偏航角,测算量偏差平均值为0.58mrad。

水下高速航行体主动声呐回波数据处理研究

根据水下高速航行体运动特点,建立了航行体的俯仰运动模型,结合运动学模型和多普勒频移公式建立了基于CW波的航行体回波理论,数值模拟分析了各种速度条件下的回波信号曲线;采用短时傅里叶变换对回波信号曲线进行时频分析,计算了回波信号的频率参数,数值计算结果与弹道速度曲线进行了比较,验证了短时傅里叶变换在工程运用上的可行性。研究结果为高速航行体的主动声呐速度测量技术提供技术支持。

高铁开通的碳减排效应研究——兼议经济与环境双重目标的约束

在碳达峰、碳中和背景下,高铁作为高效并有利于碳减排的绿色交通工具而备受关注。本文基于2003—2017年全国285个城市的面板数据,使用渐进双重差分方法检验了高铁开通对碳排放的影响。研究发现:高铁开通对沿线城市具有显著的碳减排效应,且动态效应显示这种减排效应有逐渐增强的趋势。在排除潜在的内生性问题及一系列稳健性检验后,该结论依然成立。高铁开通的碳减排效应具有异质性,内陆城市、资源型城市、三线及三线以下城市以及小规模城市的碳减排效应更加显著。机制分析表明高铁开通主要通过产业结构效应、技术创新效应以及资源配置效应降低碳排放,而交通替代效应在碳减排过程中并不明显。进一步分析发现,经济增长目标约束强化了地方经济发展动机,进而削减了高铁开通的碳减排效果;环境目标约束加强了高铁开通的产业结构效应和技术效应,有助于高铁开通实现碳减排。以上研究结论为深入理解高铁开通与碳排放之间的关系,并在此基础上继续扩大我国高铁网络建设与实现“3060”双碳目标提供重要决策参考。

基于多传感器交叉提示的临空高速目标探测体系

针对单一平台探测无法实现临空高速目标的连续高概率探测,提出了基于多传感器交叉提示的临空高速目标探测体系。该体系通过分析临空高速目标的探测需求并对传感器交叉提示基本概念、发生条件和传感器部署距离进行定量计算,同时搭建多传感器协同探测仿真平台对比分析有无运用交叉提示技术对目标覆盖效果的影响并对比验证了不同算法对预警探测的影响。仿真结果表明,天基、空基、地基(海基)等多传感器组网能够有效弥补单一探测平台的不足,并证明了多传感器协同组网探测的必要性和可行性,该算法在收敛速度、求解精度和算法运行时间上均优于改进蜂群算法和粒子群算法。

基于引入多普勒速度的水下高速小目标快速跟踪方法

针对单声呐对单个水下高速小目标的跟踪问题,根据高速近程小目标接近声呐跟踪滤波可利用的数据点少,但产生了较大多普勒速度的特点,通过将目标多普勒速度引入跟踪滤波器的观测方程,提出一种观测方程增加目标多普勒速度的水下快速跟踪方法,克服传统仅基于目标距离和方向角的水下目标跟踪方法可观性差和易发散的不足,实现了少数据点条件下水下目标高精度跟踪,并通过仿真实验,验证方法的可行性和有效性,为相关场景水下目标跟踪提供参考借鉴。

基于目标级联分析法的车下设备悬挂参数优化设计

为改善高速列车运行舒适度和车下悬挂设备的振动水平,建立了车辆-设备系统垂向动力学模型,推导了车辆系统振动加速度频率响应函数;结合轨道不平顺激励谱函数计算了车下悬挂设备振动加速度均方根,联合人体舒适度加权滤波函数计算了车体振动参考点的垂向舒适度指标;引入目标级联分析(ATC)法逐层分解车辆-设备系统振动指标,构建了车辆-设备系统两层指标分解数学模型,采用指数罚函数策略协调两层振动指标之间的耦合问题;提出了以车辆运行舒适度和车下悬挂设备振动加速度为指标的多目标优化方法,建立了以车下设备悬挂刚度和阻尼为设计变量的优化模型;联合车下设备悬挂参数动力吸振器(DVA)设计法对比探讨了ATC法在复杂车辆系统参数优化设计中的应用效果。分析结果表明:与DVA设计法相比,ATC法优化后车辆中部舒适度在300 km·h;工况下提高了8.5%,设备振动水平减小了约20%;在全速域区间,ATC法对车体中部的振动衰减是DVA设计法的2倍,且对设备的振动衰减比DVA设计法大4.5 dB;与优化前相比,ATC法优化后车辆中部舒适度指标最大提升了15%,设备振动加速度减小了0.18 m·s;。由此可见,ATC法可以运用于复杂轨道车辆结构参数优化设计中,能有效改善车辆系统的振动水平,也可为车下设备悬挂参数优化设计提供指导。

利用时空特征编码的单目标跟踪网络

目的 随着深度神经网络的出现,视觉跟踪快速发展,视觉跟踪任务中的视频时空特性,尤其是时序外观一致性(temporal appearance consistency)具有巨大探索空间。本文提出一种新颖简单实用的跟踪算法——时间感知网络(temporal-aware network, TAN),从视频角度出发,对序列的时间特征和空间特征同时编码。方法 TAN内部嵌入了一个新的时间聚合模块(temporal aggregation module, TAM)用来交换和融合多个历史帧的信息,无需任何模型更新策略也能适应目标的外观变化,如形变、旋转等。为了构建简单实用的跟踪算法框架,设计了一种目标估计策略,通过检测目标的4个角点,由对角构成两组候选框,结合目标框选择策略确定最终目标位置,能够有效应对遮挡等困难。通过离线训练,在没有任何模型更新的情况下,本文提出的跟踪器TAN通过完全前向推理(fully feed-forward)实现跟踪。结果 在OTB(online object tracking:a benchmark)50、OTB100、TrackingNet、LaSOT(a high-quality benchmark for large-scale single object tracking)和UAV(a benchmark and simulator for UAV tracking)123公开数据集上的效果达到了小网络模型的领先水平,并且同时保持高速处理速度(70帧/s)。与多个目前先进的跟踪器对比,TAN在性能和速度上达到了很好的平衡,即使部分跟踪器使用了复杂的模板更新策略或在线更新机制,TAN仍表现出优越的性能。消融实验进一步验证了提出的各个模块的有效性。结论 本文提出的跟踪器完全离线训练,前向推理不需任何在线模型更新策略,能够适应目标的外观变化,相比其他轻量级的跟踪器,具有更优的性能。