中国海洋大学学报(自科版)


高频地波雷达船只目标探测

  • 紧凑型高频地波雷达目标探测研究进展

    纪永刚;张杰;王祎鸣;常广弘;

    高频地波雷达是海上船只目标大范围连续探测的主要手段,与大型阵列雷达相比,紧凑型地波雷达具有占用场地小、功耗低、架设和维护方便等优点。本文首先概述了高频地波雷达目标探测技术的国内外研究状况,然后通过阐述紧凑型地波雷达目标探测技术的研究进展,分析紧凑型地波雷达目标探测中难点和急需解决的问题,给出紧凑型地波雷达目标探测的新方案。该方案利用检测跟踪一体化方法解决单方位紧凑型地波雷达弱信号检测困难的问题,利用多方位目标航迹融合确定精确目标航迹,能够降低目标航迹丢失概率,提高目标探测精度。最后总结了紧凑型地波雷达目标探测的发展趋势和研究重点。

    2017年02期 v.47;No.264 1-7页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 424K]
    [引用频次:17 ]
  • 一种阵列式高频地波雷达比幅测向新方法

    张玲;刘旭;姜義;牛炯;

    高频地波雷达的精确测向是该领域的难题,现有测向方法存在测向不准确、运算量较大等问题。本文对阵列式高频地波雷达比幅测向的公式进行了推导,得出了比幅测向定理。区别于传统的比幅测向方法,本文方法没有用高斯函数近似方向图,而是在真实方向图基础上推导得出了测向新方法,该方法能够从数学上给出各个方位的精确解。用这两种方法对模拟来波数据和高频地波雷达实测数据进行测向分析,并将实测数据测向结果与合作船只的同步实测自动识别系统(AIS)数据比较分析,结果表明本文方法测向误差更小,验证了本文方法的有效性。

    2017年02期 v.47;No.264 8-13页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 285K]
    [引用频次:3 ]
  • 高频地波雷达航迹一体化探测中的虚假目标剔除方法

    尹俊;纪永刚;黎明;

    在高频地波雷达目标探测中,利用动态规划法可以实现目标点迹和航迹的一体化探测。但由于噪声的存在以及一体化算法中阈值设置的不合理,会导致探测结果中存在虚假的目标航迹。本文分析了地波雷达目标参数的测量精度,结合目标运动特性,提出了一种虚假目标航迹剔除方法。对于真实目标,在距离-多普勒(Range-Doppler,RD)谱上由距离维和多普勒频移估计的目标位移应接近,不满足限定条件则被判别为虚假目标。实测地波雷达数据的探测结果与同步船只自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据的对比实验表明,本文提出的方法能有效排除噪声引起的虚假航迹,提高地波雷达系统目标探测的整体性能。

    2017年02期 v.47;No.264 14-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 540K]
    [引用频次:3 ]
  • 高频地波雷达海上目标航迹校正方法

    孙伟峰;周德明;戴永寿;周鹏;李立刚;万勇;

    高频地波雷达对海上目标跟踪探测时,由于距离和方位角分辨率低且受到随机噪声的干扰,导致对目标位置探测不准确,形成的航迹会偏离目标的真实位置,影响跟踪的准确性。针对这个问题,结合海上特定目标跟踪的实际,本文从航迹的角度出发,基于对距离和方位角误差时间序列的统计建模,提出了一种基于同步船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)信息的高频地波雷达海上目标航迹校正方法。在高频地波雷达与AIS同步跟踪期间,采用统计回归的方法建立目标距离和方位角误差的校正模型;在高频地波雷达独立跟踪时,利用得到的模型分别对距离和方位角进行校正。利用实测高频地波雷达目标探测数据进行了航迹校正实验,校正后距离和方位角的均方根误差分别减少了约90%和75%,航迹跟踪效果得到了显著改善。

    2017年02期 v.47;No.264 22-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 375K]
    [引用频次:6 ]
  • MIMO高频地波雷达典型正交波形性能评价

    常广弘;于长军;纪永刚;王祎鸣;

    理论研究表明,MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达技术能在很大程度上提高雷达系统的探测性能,而多个发射波形之间相互正交是实现此种改善的重要因素。为了确保正交波形在高频地波雷达系统上成功应用,本文结合地波雷达收发共址的特点选择了四种典型的正交波形,包括上调频与下调频线性调频中断连续波、错开时间的调频中断连续波、离散频率编码波形和线性调频脉冲的离散频率编码波形,分析了其应用于高频雷达时的模糊特性和互区模糊特性。通过对比分析四种波形的特征,指出利用恒定频率脉冲或线性频率调制脉冲构成的离散频率编码波形,采用优化算法优化频率编码序列后,表现出了较好的综合性能。

    2017年02期 v.47;No.264 30-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 516K]
    [引用频次:4 ]
  • 双基地高频地波雷达模糊函数与克拉美罗界分析

    季志宇;吕哲;于长军;

    本文针对双基地体制下调频中断连续波(FMICW)信号的克拉美罗界问题,利用模糊函数和克拉美罗界之间的关系,给出了目标参数无偏估计的下界。仿真了双基地情况下波形参数对模糊函数形状的影响,以及站址和目标之间的几何构型与目标分辨能力之间的关系。分析表明,双基地雷达目标参数估计克拉美罗界取决于目标到达方向、基线长度以及目标与接收站之间的距离。最后根据克拉美罗界仿真分析了雷达双基地站址选择对目标估计精度的影响。

    2017年02期 v.47;No.264 37-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 424K]
    [引用频次:1 ]
  • 基于等效电路的高频超方向天线互耦校正方法研究

    李春鹏;于长军;田潇潇;

    岛基高频地波雷达由于受海岛特殊环境的影响,迫切需要减小接收天线阵尺寸。超方向圆型阵列拥有优良的方向特性,能够大幅度缩减天线阵面积,因此成为岛基高频地波雷达接收天线阵的一个重要发展方向。但是伴随着超方向阵列小型化的同时,天线阵元之间的物理间隔也必然随之变小,阵元之间的互耦效应会随着间距的变小而增强,而互耦则会使阵列性能急剧下降。近年来,对圆型阵列的互耦校正算法研究已经成为天线阵列校正领域的热点问题,本文以哈工大威海雷达站五元圆型接收天线阵为模型,采用等效电路法重点研究了互耦影响下超方向性天线的校正方法。通过计算机仿真验证了该方法的有效性。

    2017年02期 v.47;No.264 44-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 287K]
    [引用频次:0 ]
  • 基于改进S变换的高频地波雷达阵列信号DOA估计

    田潇潇;刘爱军;李春鹏;

    传统阵列信号的DOA估计可以同时对空间不同方向上的多个信号源实现方向估计,为了提高估计精度,可以进行时频变换,但小波及希尔伯特黄变换等,都存在交叉项问题,而S变换可以避免交叉项的影响。由于S变换中高斯窗宽度为频率的倒数,为提高信号的时频分辨率,本文在高斯窗中加入调节因子,可以灵活调节高斯窗函数随频率尺度的变化趋势。本文将改进S变换与阵列信号DOA估计结合,通过计算机仿真给出了该方法与传统方法的性能对比,并与高频地波雷达的实测数据结合,验证了此方法的有效性与可行性。

    2017年02期 v.47;No.264 50-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 342K]
    [引用频次:0 ]
  • 高频地波雷达实时信号并行处理方案及实现

    牛炯;申晋晋;陈倩;

    近些年,随着高频地波雷达技术的发展,大量的遥感数据给实时信号处理带来了巨大的挑战。高频地波雷达信号处理机的主流设计方案通常采用DSP+FPGA技术或基于高性能CPU技术来实现信号的实时处理,但DSP+FPGA方案中系统的软硬件耦合较为紧密,开发周期长且不易维护,而高性能CPU技术对计算机性能要求较高,大大增加了硬件成本。在保证信号实时处理的前提下,为了缩短开发周期,提高系统的可维护性和降低开发成本,本文基于CPU+GPU架构设计了的信号处理方案,实现了高频地波雷达实时信号处理的基本流程,获取了目标的距离信息和速度信息。实验结果表明,本文提出的CPU+GPU架构下的信号处理方案与同期中央处理器(CPU)运算平台相比,具有10倍以上的加速比,验证了方案的可行性。

    2017年02期 v.47;No.264 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 413K]
    [引用频次:4 ]

SAR船只目标探测

  • 海上船只目标多角度成像技术

    周鹏;陈艳梅;刘希红;孙伟峰;戴永寿;

    将斜视滑动聚束合成孔径雷达(SAR)应用于海上船只目标的成像。利用斜视角的变化,斜视滑动聚束SAR可高频次地得到同一船只在不同斜视角下的多幅高分辨率微波图像,有利于船只目标的分类与识别。将斜视滑动聚束SAR高效成像算法与船只目标逆合成孔径雷达(ISAR)重聚焦算法相结合,针对计算机仿真数据开展了成像处理实验,取得了较好的成像效果,验证了斜视滑动聚束SAR应用于船只目标成像时可高频次地获得多幅高分辨率图像的独特优势。

    2017年02期 v.47;No.264 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 531K]
    [引用频次:3 ]
  • 不同分辨率合成孔径雷达舰船检测中杂波模型适用性分析

    刘根旺;张杰;张晰;王国宇;

    基于恒虚警率的方法是经典的舰船检测算法,其核心是对海杂波统计分布的精确建模。随着合成孔径雷达(SAR)分辨率的提高,海杂波分布不再符合大数定理,而是表现为长拖尾形状,现已发展了诸如韦布尔分布、对数正态分布、G0分布、K-root分布、广义伽马分布等多种海杂波模型。本文首先利用上述模型对不同分辨率的SAR图像进行杂波建模,并在此基础上进行基于恒虚警率方法的舰船检测,然后,利用K-L距离和ROC曲线来评价各模型对不同分辨率条件下SAR海杂波拟合的精度与舰船检测的性能,给出了不同分辨率SAR适用于舰船检测的最优分布模型。

    2017年02期 v.47;No.264 70-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 932K]
    [引用频次:5 ]
  • 一种合成孔径雷达图像舰船假目标检测判别算法

    李晨波;刘永信;张晖;王玲琳;

    由于合成孔径雷达(SAR)发射脉冲频率以及成像机理的影响,导致SAR图像在成像时存在方位模糊噪声,严重时会在图像上出现假目标,此时若采用传统的目标检测算法,将会把假目标误判为检测目标,降低目标检测的准确率,影响目标的分类识别。本文分析了假目标产生的原因,从理论上导出了假目标在SAR图像中出现的具体位置。从信号处理的角度,对SAR图像进行方位模糊抑制的仿真。然后采用双参数CFAR检测算法对SAR图像进行目标检测,依据真假目标区域连通面积大小不同,且假目标区域具有不连通、面积小等特点,在目标检测的同时,对真假目标进行判别。最后,采用10m×10m分辨率的SAR图像进行实验验证。实验结果证明该算法可以对由于方位向模糊产生的假目标进行有效检测。

    2017年02期 v.47;No.264 79-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 447K]
    [引用频次:1 ]
  • C波段紧缩极化合成孔径雷达船只目标检测性能分析

    曹成会;张杰;张晰;孟俊敏;岳军;

    本文全面分析了C波段紧缩极化SAR 40种极化特征的船只目标检测性能。首先利用船只目标和海面的欧式分类距离统计分析了各极化特征的船只目标检测性能,结果表明,极化特征圆极化比、圆极化度、椭圆方位角、圆度、相对相位、平均散射角和紧缩极化散射角的船只目标检测性能最好。在此基础上,针对上述7个紧缩极化特征,进一步分析了船海对比度、入射角、窗口大小和船长对紧缩极化SAR船只目标检测性能的影响。

    2017年02期 v.47;No.264 85-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1029K]
    [引用频次:5 ]
  • 基于模糊C均值聚类的大尺寸图像目标检测加速方法

    陈玉虎;张临杰;郎海涛;

    利用模糊C均值(FCM)聚类算法对大尺寸图像进行目标检测时,由于样本数量巨大,算法运行时间过长,不利于信息的及时处理。为提高大尺寸图像检测效率,给出了一个CPU+GPU平台下的详细加速方案。该方案利用CUDA并行技术,将FCM聚类等操作放在GPU端处理。同时,对只能在CPU端执行的操作,利用OpenMP技术并行。对四幅大尺寸(15884×3171)全极化SAR图像进行检测,平均加速约84.02倍。此外还利用MPI并行技术在双节点上实现了对四幅全极化图像的同时检测。

    2017年02期 v.47;No.264 94-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 341K]
    [引用频次:1 ]
  • 一种新的合成孔径雷达图像船只几何特征提取方法

    武思文;郎海涛;石洪基;李伟;

    海上船只监测在海洋交通、渔业管理等领域发挥着重要的作用。高分辨率合成孔径雷达卫星的发射,使船只类型识别成为可能,进一步提高了海洋监测的能力。几何特征是一种重要的船只类型识别特征,本文提出了一种新的合成孔径雷达图像船只几何特征提取方法。与传统方法不同,本文利用最大稳定极值区域算法,取代常用的恒虚警率算法,来检测定位船只。这种方法能够在同等检测率的情况下,有效的降低虚警率,并且具有更快的速度。在几何特征提取过程中,本文提出了改进的最小外接矩形提取方法,这种方法能够有效的抑制旁瓣对船只几何特征提取的影响。实验证明,本文提出的方法能够更快速、准确的提取船只的几何特征。

    2017年02期 v.47;No.264 101-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 443K]
    [引用频次:6 ]

海洋环境遥感监测技术

  • 海上溢油合成孔径雷达探测研究

    张彦敏;徐卓;旭锋;

    在合成孔径雷达(SAR)图像中区分溢油和类油现象是溢油SAR探测的关键任务。实现该任务一般可分为3步:首先是提取油膜和类油膜的特征;然后筛选出有助于油膜和类油膜分类的关键特征;最后构造有效的分类器进行模式识别以便做出准确的判别。本文基于2011年蓬莱19-3油田溢油事故期间的15景SAR图像提取了138个油膜和类油膜样本的几何特征、背景特征、散射特征和纹理特征,将Fisher判别率和序列前向选择方法相结合,筛选出背景后向散射系数标准差、逆差距、能量和后向散射系数的均值四个关键特征组成的特征子集。在此基础上,为提高分类器的精度,将决策树模型CART算法与Bagging技术相结合,通过随机抽样给出多个维数相同大小的训练数据集从而建立多个决策树模型,以投票的方式对油膜和类油膜样本进行分类;最后,文中采用了五折和十折交叉验证方法对油膜和类油膜的分类结果进行评估,研究显示基于Bagging的决策树方法的油膜和类油膜分类的平均精度在85%以上,且将文中所用基于Bagging的CART决策树分类算法与经典CART决策树分类算法及神经网络分类算法相比较,发现本文所用方法的分类精度较高,从而表明了该方法在溢油SAR探测方面的可行性。

    2017年02期 v.47;No.264 106-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 330K]
    [引用频次:9 ]
  • 机载海洋波谱仪回波数据处理方法研究

    韩倩倩;张振华;孟俊敏;李凉海;

    海洋波谱仪机载飞行试验通过对星载天线进行宽波束等效,能够测量海面后向散射系数,进而反演波浪谱及波浪参数。利用该系统在黄海中部进行飞行试验,对小入射角下波浪测量数据进行处理和分析,采用后向投影积分校正载机运动和天线旋转引起的越距离单元徙动,采用交叉谱方法降低斑点噪声,实现小海况下波浪谱反演,结果表明海洋波谱仪测量得到的波浪谱、有效波高、主波长、主波向等波浪参数与浮标、卫星同步测量吻合较好。

    2017年02期 v.47;No.264 116-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 510K]
    [引用频次:2 ]
  • 基于一阶谱信息的单站高频地波雷达风速提取

    楚晓亮;张晓愉;张荣真;王曙曜;

    单站高频地波雷达反演风速通常需要利用二阶谱信息,但利用二阶谱信息进行风速反演的距离较小,不能满足远距离风速反演的需求。本文首先对高频地波雷达一阶谱与风速间的相关性进行了分析,在此基础上,基于一阶谱信息,利用极限学习机(ELM)方法对不同站点和不同频率的雷达获得的实测数据进行了风速反演。结果表明,利用极限学习机方法对实测数据获得的风速结果能够体现风速变化的趋势,两批数据反演结果的相关系数分别是0.46和0.42,均方根误差分别为1.93和1.89m/s。尽管其相关系数较低,但均方根误差可以接受,说明利用单站雷达一阶谱信息来进行风速反演是可行的。

    2017年02期 v.47;No.264 122-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 407K]
    [引用频次:5 ]

船只目标视频跟踪技术

  • 多目标舰船自动跟踪方法研究

    张树怀;董超;李彬;田联房;陈泽创;

    目前针对背景复杂的海上舰船作为跟踪对象的跟踪算法研究较少。另外,多目标跟踪算法在变化频繁的背景条件下的精确性和实时性不足。为了提高多目标舰船跟踪的视觉跟踪算法的实时性和鲁棒性,本文提出了一种改进的基于TLD(Tracking-Learning-Detection)多目标舰船自动跟踪算法。该算法实现了海上多个目标舰船准确实时跟踪。首先,算法应用海天线检测与提取方法,利用最大类间方差阈值分割和Hough变换提取海天线;其次,算法利用Kalman滤波原理对海天线上的目标舰船进行定位与检测,分离出目标舰船;最后通过提取出来的目标用其最小外接矩形生成目标初始跟踪框,跟踪器利用初始跟踪框的位置坐标信息对目标进行实时自动跟踪。算法运行过程中都在海天线附近进行扫描检测,缩小了图像遍历范围,提高了算法的实时性。实验表明,通过对比典型的Mean-shift算法以及原始TLD目标跟踪算法,本文算法跟踪结果的精度较高,实时性较好。

    2017年02期 v.47;No.264 128-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 757K]
    [引用频次:14 ]

  • 海上船只目标监视监测技术专辑 序言

    <正>国家海洋权益的维护与国家主权和国家安全息息相关,是国民经济可持续发展的重要保障。近年来海上航运和渔业活动增多、海上侵权事件频发,为了维护海洋安全,迫切需求对海上船只目标进行监视监测。目前,合成孔径雷达(SAR)和高频地波雷达是海上船

    2017年02期 v.47;No.264 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 33K]
    [引用频次:1 ]
  • 海洋公益性行业科研专项经费项目介绍

    <正>项目名称:海上船只目标星-机-岛立体监视监测技术系统(项目编号:201505002)起止年月:2015-01—2018-12主持单位:国家海洋局第一海洋研究所负责人:孟俊敏研究员1研究目标针对我国专属经济区海上目标监视监测的国家需求,发展广域搜索与SAR成像一体化雷达,以实现远距离搜索和近距离成像的功能,提升船只目标发现能力。发展岛基小型化地波雷达,以解决阵列式地波雷达占据大量海

    2017年02期 v.47;No.264 3页 [查看摘要][在线阅读][下载 25K]
    [引用频次:0 ]
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