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雷达技术进展专题序言

刘宏伟,水鹏朗,孔令讲,位寅生,刘永祥,王宇,李刚,陈渤

2021, 48(2): 1-6. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.001

摘要 ( 1074 )

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采用CNN-SSD的雷达HRRP小样本目标识别方法

郭泽坤,田隆,韩宁,王鹏辉,刘宏伟,陈渤

2021, 48(2): 7-14. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.002

摘要 ( 713 )

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雷达高分辨距离像非合作目标识别技术的发展主要受限于两个方面:一是由于非合作目标观测频率极低,导致带标签样本量严重不足,使非合作目标识别成为典型的小样本识别问题,这在学界依然是一个没有定论的开放性的热点和难点问题;二是现有的目标识别方法多基于完备数据集假设,使得其与非合作目标小样本目标识别问题严重失配。针对上述问题,对于非合作目标识别抛开数据集完备假设,提出了一种采用卷积神经网络模型连续自蒸馏的雷达高分辨距离像小样本目标识别方法。该方法首先利用包含45类合作目标的完备的训练数据集训练,得到一个初始的类别无关的特征提取器;基于此,进一步采用模型连续自蒸馏机制得到更具泛化能力的特征提取器;最后,在非合作目标上对所提取特征的泛化能力进行了测试。实验结果表明,对于5类非合作目标,所提方法在仅有1个、5个和10个训练样本的情况下,平均识别率分别达到61.26%,84.69%和92.52%,实现了对库外样本的快速、有效识别。

海杂波背景下雷达目标贝叶斯检测算法

许述文,王喆祥,水鹏朗

2021, 48(2): 15-26. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.003

摘要 ( 598 )

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针对非高斯海杂波背景下参考单元数目较少时自适应检测器性能损失严重的问题,提出了两种基于协方差矩阵先验分布信息的自适应检测算法,将海杂波建模为复合高斯模型,纹理分量建模为一个服从广义逆高斯分布的随机变量。首先将散斑的协方差矩阵建模为一个服从复逆威沙特分布的随机矩阵,然后根据广义似然比准则设计了一种不依赖于参考单元数据的自适应检测器。由于在参考单元数目增多时,不依赖于辅助数据的检测器性能会差于传统的自适应检测器,所以根据最大后验检验准则,并使用参考单元数据又设计了一种依赖于参考单元数据和先验知识的自适应检测器。实验结果表明,在参考单元数目较少时,所提出的两种检测器具有较好的检测性能;在不同的参考单元数目下,所提出的依赖于参考单元数据和先验知识的自适应检测器都具有最优的检测性能。

一种改进的泊松点过程概率多假设跟踪方法

张逸宸,水鹏朗

2021, 48(2): 27-34. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.004

摘要 ( 339 )

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多目标跟踪方法的核心是获取量测点与目标间的最优关联。传统的多目标跟踪方法从穷举出的所有可能关联中估计出最优关联,随目标数目指数倍增的关联复杂度制约了雷达跟踪多目标的能力。因此提出了一种低运算复杂度、高跟踪精度的多目标跟踪算法和与其配套的航迹管理方法,目标和杂波产生的量测点被建模为泊松点过程,以量测的来源为缺失信息,通过EM(Expectation Maximisation)算法迭代求解目标状态,独立的量测关联和目标混合概率大大降低了算法的复杂度。此外,额外的回波多普勒信息作为目标特征被引入关联和滤波环节辅助跟踪,提升了算法区分量测来源的能力,获得了更高的跟踪精度。实验结果表明,所提方法可以实现稳健的目标跟踪,且运算时间随目标数目线性增加。

一种改进模糊C均值聚类的电离层杂波分类方法

周建宇,位寅生,许荣庆

2021, 48(2): 35-41. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.005

摘要 ( 288 )

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在高频地波超视距雷达系统中,电离层杂波作为一种时变、非均匀、非高斯的复杂杂波,其复杂性导致了单一杂波抑制算法无法有效地抑制电离层杂波。针对不同特性,将复杂的电离层杂波进行分类,可以有效地提升电离层杂波抑制性能。常规的杂波聚类方法由于仅在特征空间进行聚类,分类结果存在空间分布离散化的问题。针对该问题,结合电离层杂波特性与其邻域空间信息,提出了一种基于改进的模糊C均值距离的电离层杂波分类方法,利用仿真数据与高频地波雷达实测数据进行分析。该方法在不降低聚类性能的情况下,具有更符合实际物理意义的聚类结果,并具有更高的分类精度。

利用幅度重排的机载火控雷达工作模式识别方法

杨秋,顾杰,魏平

2021, 48(2): 42-48. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.006

摘要 ( 425 )

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快速、准确地识别机载火控雷达的工作模式,特别是含跟踪信号的高威胁工作模式,是夺取机载电子对抗主动权的关键环节。针对已有工作模式识别方法应用条件受限、工程化应用困难等问题,在分析各工作模式信号特点的基础上,提出了一种利用幅度重排的工作模式识别方法。该方法充分利用信号幅度分布特征识别跟踪信号,对信号按幅度大小进行重排,并进行一阶差分化处理,通过检测重排幅度差分的凹口区间,有效地识别出了包含高威胁跟踪信号的搜索加跟踪和单目标跟踪工作模式。仿真试验结果表明,所提方法对脉冲丢失和干扰不敏感,识别准确率较高,且计算简单、运算量小,便于工程化实现。

采用乘性RNN的雷达HRRP目标识别

徐彬,张永顺,张秦,王富平,郑桂妹

2021, 48(2): 49-54. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.007

摘要 ( 327 )

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传统的高分辨距离像识别方法没有考虑时序相关性,且高分辨距离像的方位敏感性导致样本的时序性发生变化。因此,提出一种乘性循环神经网络模型。该算法首先将高分辨距离像样本转化为序列形式,用于考虑距离单元间的相关性;其次,为了缓解方位敏感性导致的高分辨距离像时序变化与参数固定模型不匹配的问题,模型根据输入数据自适应地选择对应的参数,并对高分辨距离像序列提取稳健的时序信息;最后,采用投票策略将所有时刻的信息进行融合,输出样本类别。采用实测数据的实验结果表明,当前的模型能够有效地提取可分性特征并识别目标。

改进型SVD-FRFT海杂波抑制方法

梁壮,温利武,丁金闪

2021, 48(2): 55-63. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.008

摘要 ( 431 )

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海杂波回波能量较高且频谱较宽,常常会淹没慢速小目标的回波信号。为此,提出了一种新的基于时频信息的奇异值分解分数阶傅里叶变换海杂波抑制方法,所提方法采用分块处理、整体判决的思路。首先对较长的回波序列划分子脉冲块,分别提取每个子脉冲块的前Q阶信号分量并进行块间信号关联,实现目标信号与杂波的初步分离;接着进行自适应分段奇异值分解分数阶傅里叶变换处理,实现各阶信号分量的进一步提纯;最后采用归一化时频脊二次拟合误差对各阶分量进行判决,保留目标信号,滤除杂波信号。在仿真和实测数据上验证了所提方法的有效性及可靠性,相比于现有海杂波抑制方法,所提方法能够适应脉冲回波序列信杂比的变化,并且在信杂比较低及多目标环境中,仍能有效抑制海杂波,提取目标信号。

一种杂波分类辅助的近海岸模糊杂波抑制方法

段崇棣,韩超垒,杨志伟,张庆君

2021, 48(2): 64-71. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.009

摘要 ( 342 )

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针对近岸水面区域出现的强模糊地杂波造成多通道合成孔径雷达系统杂波抑制性能下降的问题,提出一种杂波分类辅助的近海岸模糊杂波抑制方法。首先,分别提取每一个距离-多普勒单元的多视干涉幅度/相位特征和多视干涉幅度梯度特征,构造多视干涉特征协方差矩阵;然后,通过多视干涉特征协方差矩阵间的仿射不变黎曼距离完成自动分类,准确地获取近海岸区域方位模糊位置;最后,在杂波分类结果的辅助下,选择独立同分布的杂波样本估计背景杂波协方差矩阵,进一步完成合成孔径雷达多通道图像域杂波抑制。仿真实验结果表明,这种方法能够对近海岸区域杂波进行准确分类,且可以有效地抑制方位模糊杂波。

舰船目标三维散射中心建模及SAR快速仿真方法

胡利平,闫华,钟卫军,殷红成,王超

2021, 48(2): 72-83. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.010

摘要 ( 677 )

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直接合成孔径雷达成像仿真方法在实现大型舰船目标回波仿真和合成孔径雷达成像时时效偏低,难以满足对海探测制导闭环验证过程中对合成孔径雷达快速生成的需求。因此,提出了基于三维散射中心的舰船目标合成孔径雷达回波和成像仿真方法。首先通过射线管积分三维快速成像和CLEAN三维散射中心提取得到不同视角下目标三维散射中心;然后通过对应视角合成孔径雷达成像几何建模,快速计算出目标合成孔径雷达回波数据,经成像聚集处理得到目标合成孔径雷达复图像。这种方法综合利用了电磁散射中心提取和完整的合成孔径雷达处理流程,在保持电磁计算精度的条件下,显著提高了目标成像仿真的效率和灵活性。以典型舰船目标为例,验证了该方法的计算精度、效率和灵活性等优势。

近海船长分布建模与雷达舰船分类能力评估

李杉,张坤,水鹏朗

2021, 48(2): 84-91. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.011

摘要 ( 254 )

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雷达高分辨距离像径向尺寸估计和航向角估计是舰船分类的主要技术手段,其分类性能与雷达分辨率、径向尺寸估计精度以及不同海域的舰船长度先验分布密切相关。通过中国船讯网采集了我国近海四大海域约30 000艘舰船的船舶自动识别系统信息,并提取了舰船长度数据。通过对舰船长度的分布拟合,发现韦布尔分布能够很好地拟合各海域的船长分布,且分布参数有明显差异。基于该先验模型,推导出了舰船的大、中、小正确分类概率与径向尺寸估计误差之间的关系。结果表明,当舰船航向角介于±75°之间时,我国近海舰船的大中小正确分类概率达到90%的条件是,舰船径向尺寸估计误差在区间(-12.67 m,9.41 m)内。

一种历史特征辅助的模糊数据关联算法

韩卓茜,王锋,陈沛,李卓伦

2021, 48(2): 92-98. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.012

摘要 ( 263 )

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针对观测数据存在强模糊性和不确定性问题,提出了一种基于高分辨一维距离像历史特征辅助的模糊数据关联算法。首先,针对高分辨一维距离像的姿态、幅度以及时移敏感性问题,对其提取得到敏感性低的特征;然后,使用航迹起始的特征构建初始特征样本库及历史时刻的特征构建历史特征样本库,并实时更新特征样本库;采用区间熵权法确定特征权重,计算量测与目标的模糊隶属度,构建模糊矩阵;最后,基于最大模糊隶属度原则实现量测与目标的关联。实验结果表明,在目标的机动和非机动场景下,这种算法的关联性能均优于模糊关联算法,并且随着杂波密集程度的增大,两个算法的关联性能均逐渐降低,但所提算法的关联性能更好。

分布式小卫星MIMO-SAR超高分辨成像方法

杨军,周芳

2021, 48(2): 99-108. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.013

摘要 ( 325 )

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针对分布式小卫星多发多收合成孔径雷达的聚束工作模式,提出了一种超高分辨成像方法,降低了多通道高分辨率模式下卫星的存储压力以及成像负荷。该方法首先将各通道的全孔径信号划分为子孔径信号;然后对子孔径信号进行解模糊处理,并利用改进的时域带宽合成方法获得大带宽信号;再使用子孔径图像相干融合算法获得超高分辨率图像。仿真实验表明,改进的时域带宽合成方法能够有效地合成带宽,并且所提方法的成像效果良好。

广角SAR各向异性散射目标分离成像

王昕,常贵清,池琛琛

2021, 48(2): 109-116. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.014

摘要 ( 213 )

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在广角合成孔径雷达观测条件下,许多被照射物体的散射特性会随着观测角度的变化而变化,导致重建图像的分辨率和解析力降低。为解决这一问题,提出了一种基于稀疏约束的信源分离成像方法。首先,利用各向同性和各向异性散射目标的不同散射特性,构造联合系统函数投影算子;然后,基于稀疏约束抑制交叉投影能量,实现混合接收数据的分离成像,使得重建各向异性散射目标的图像的聚焦质量和可解译性能都得到了改善。数值模拟验证了该方法的有效性,其重建图像的分辨率和解析力都得到了显著提高。

用于三维散射中心SBR建模的边缘绕射修正

陆金文,闫华,殷红成,张磊,董纯柱

2021, 48(2): 117-124. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.015

摘要 ( 262 )

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传统的基于弹跳射线技术的散射中心提取方法只考虑了目标的物理光学贡献,但物理光学无法描述真实边缘绕射的贡献。综合考虑目标的镜面反射与边缘绕射贡献,提出一种针对基于弹跳射线技术的三维散射中心建模的边缘绕射修正方法。利用弹跳射线技术,结合图像域射线管积分和等效边缘电磁流方法,推导了考虑边缘绕射修正的三维逆合成孔径雷达图像计算公式。仿真实验验证了该方法能够有效地提高三维散射中心的建模精度。

一种多目标与多基地雷达之间的博弈策略

赫彬,苏洪涛

2021, 48(2): 125-132. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.016

摘要 ( 408 )

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针对多基地多输入多输出雷达与多目标之间的对抗博弈,研究了一种多基地雷达系统的功率分配与波束成形联合技术。在一个确定的信干噪比约束下,多基地雷达系统的主要目的是极小化自身发射总功率,并期望通过波束成形算法来抑制互雷达通道干扰,提升目标检测的准确性。基于雷达之间的策略非合作博弈,证明了博弈的纳什均衡解的存在性和唯一性。然后,根据理论分析提出了一种迭代的联合波束成形与功率分配博弈算法。该算法利用线性约束最小方差准则得到了多基地雷达的接收波束成形器权矢量,抑制了互雷达干扰的影响。数值结果表明,所提算法较相关博弈算法有更好的干扰抑制能力和更少的功率损耗。

一种深度神经网络多站雷达系统干扰鉴别方法

刘洁怡,公茂果,詹涛,李豪,张明阳

2021, 48(2): 133-138. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.017

摘要 ( 258 )

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针对现有多站雷达系统欺骗式干扰鉴别方法,仅利用目标回波空间相关性单一特征作为度量标准,导致特征提取全面性不够,鉴别算法有效性和普适性不足的问题,提出一种基于深度神经网络的多站雷达系统干扰鉴别方法,将多站雷达协同探测技术在空间、时间和频率域内可用资源多、调度能力强的特点,与深度神经网络很强的模型学习和特征表示能力相结合,有效地应用于欺骗式干扰对抗领域。充分利用回波数据的未知信息,获取除相关性之外更多维、更全面、更完善、更深层的特征差异,达到更优的干扰鉴别效果。仿真实验结果证明,提出的深度神经网络干扰鉴别方法可以有效地降低噪声和脉冲数量对干扰鉴别性能的影响,缓解非理想条件下目标回波相关系数对干扰对抗技术的限制,拓宽了应用过程的边界条件。

时频分析联合带通滤波抑制间歇采样转发干扰

孙正阳,董玫,陈伯孝

2021, 48(2): 139-146. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.018

摘要 ( 288 )

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间歇采样转发干扰是一种新型相干干扰,能够生成单个或多个假目标群,常规信号处理方法难以对其有效抑制。针对上述问题,首先在时频域对数个脉冲重复周期的接收信号进行积累,实现信号时频信息的增强;然后,结合图像处理算法在时频面上准确提取干扰分布区域,并通过时频域滤波粗略重构目标回波信号;最后,依据重构的时域信号构造带通滤波器,实现对干扰和噪声的抑制。仿真结果表明,该方法可以在低信噪比、多目标环境下有效地抑制多种类型的间歇采样转发干扰。相比于其他方法,该方法具有更强的稳健性,且在抑制假目标的同时不会造成明显的真实目标幅度损失。

多基地雷达栅栏覆盖的优化布站方法

李海鹏,冯大政,周永伟

2021, 48(2): 147-155. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.019

摘要 ( 269 )

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为了解决多基地雷达的优化布站问题,提出了一种利用非等分栅栏覆盖的优化布站方法。该方法首先利用非等分栅栏覆盖区域之间的关系构造约束条件,将优化问题分解为两个子问题,即单条部署线的优化布站问题和非等分栅栏组合的优化问题;其次,基于单条部署线上的优化布站条件,采用穷举法求解单条部署线的优化布站问题;然后,根据最小部署成本准则,利用整数线性规划求解非等分栅栏组合的优化问题;最后,确定最优布站参数。仿真结果表明,相比于现有的同类方法,该优化布站方法可以取得更低的部署成本,并且需要的发射站更少。

一种收发互易的频带合成STAP-GMTI系统架构

常文胜,陶海红,代保全,刘彦斌,孙光才

2021, 48(2): 156-164. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.020

摘要 ( 303 )

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信号带宽及采样频率的降低有利于基于微系统实现天线阵面的轻薄化,提升超高速平台大口径天线的适装性,然而地面运动目标的精确跟踪和识别对地面运动目标的高分辨距离像提出了需求。针对该矛盾,提出了一种基于收发互易的低瞬时带宽阵列,通过频带合成实现高分辨率地面运动目标显示的系统架构及处理方法。阵列的收发互易实现了等效相位中心的重合,频带合成过程中无须补偿目标偏离波束中心的相位差,可实现精确的频带合成;宽带信号合成后采用空时二维信号处理抑制杂波,实现对地面运动目标的检测。仿真验证了该系统架构及处理方法的正确性。

一种改进的宽波束线阵雷达物位测量算法

谢垚,黄默,王长元,张圆圆,荆琛

2021, 48(2): 165-172. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.021

摘要 ( 280 )

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基于宽波束天线雷达物位测量,提出了一种改进的宽波束线阵雷达物位测量算法,用于解决宽波束雷达物位测量时强杂波干扰导致的物位测量错误问题。利用均匀线阵调频连续波雷达,首先进行强散射点检测及其参数估计,获取强散射点的距离、角度和幅值信息;进而在分析其产生机理的基础上,进行多维有效点判别,从强散射点集合中识别物位测量有效点。粮仓实地试验采用77 GHz宽波束线阵雷达对低介电常数物料进行测量,在现实工业环境中实现了物位的准确、稳定测量。从算法角度突破了雷达物位测量对天线波束宽度的限制,对小型化、低成本的宽波束雷达物位计的研发应用具有重要意义。

二次谐波加权重构的77 GHz FMCW雷达心率监测方法

郑春弟,李刚,陈荟慧,王爱国

2021, 48(2): 173-180. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.022

摘要 ( 339 )

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针对呼吸及其谐波强干扰下的心率估计问题,提出了一种利用心跳二次谐波信号加权重构的心率监测方法,并运用77 GHz 调频连续波雷达实现了心率的精准测量。在胸壁位移信号多分辨率分析的基础上,依据各层能量分布特性,对心跳二次谐波范围内的子频带进行加权处理,以凸显心跳二次谐波最可能出现的频率范围,这不仅避免了呼吸及其谐波的强干扰,而且也能避免谱峰估计中模型阶数选择难题。实测数据表明,提出的方法能在77 GHz FMCW雷达上实现高精度的心率监测。

利用共轭对称性的数字IQ频域校准方法

陶毅,丁丽

2021, 48(2): 181-189. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.023

摘要 ( 392 )

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针对雷达中频信号解调过程中的IQ不平衡问题,从IQ不平衡模型及误差的频谱特点分析出发,提出了基于共轭对称性的数字IQ频域校准方法。首先将存在IQ不平衡的中频信号进行频域分解,展开为单边的理想信号和双边的误差信号,其中误差信号可进一步分解为镜像分量误差和主频分量误差;然后利用两种误差信号的原始频谱和共轭信号频谱的对应关系,在数字端通过频谱运算,得到误差信号的频域估计;最后对中频信号频谱和误差信号频谱估计值进行相减相消,完成校准。合成孔径雷达成像实验结果表明,所提方法可以有效地抑制中频信号的镜像分量误差和主频分量误差,从而有效地校准IQ的幅相不平衡问题。

一种Si CMOS的Ka波段毫米波功率放大器

陶李,田彤

2021, 48(2): 190-196. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.024

摘要 ( 410 )

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为了满足毫米波雷达或通信系统对更高发射功率的需求,基于65 nm Bulk Si CMOS工艺制程设计了一款Ka频段功率放大器。该功率放大器工作于30~32 GHz,采用了共源共栅差分对结构的两级放大单元,使用中和电容增强电路的稳定性,并以变压器为基础设计实现了片上无源阻抗匹配网络。经过测试,该功率放大器在工作频段内的最大输出功率为16.3 dBm。当功率放大器过驱动时,其最大功率附加效率为16.9 %,-1 dB压缩点为13.2 dBm,功率增益为23.6 dB。这种功率放大器芯片在功率增益和芯片面积利用率方面具有优势,为硅基毫米波功率放大器提供了一种可行的高功率输出的设计实例。

结合稀疏表示的跨摄像头运动目标跟踪算法

逯彦,廖桂生,黄庆享

2021, 48(2): 197-204. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.025

摘要 ( 259 )

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跨摄像头下的目标跟踪极富挑战性,其原因是由于不同摄像头所涵盖区域存在差异性以及运动目标行为轨迹具有随机性,从而导致干扰误差的积累,影响匹配准确度,致使跟踪失败。针对此问题,提出一种结合稀疏表示理论的跟踪模型。该模型首先通过不同摄像头间的背景亮度值,对待测目标进行光照补偿处理,以获取稳定的模板矩阵。在模型求解阶段,针对传统贪婪算法原子匹配模式单一、易忽略原子内在联系、重构精度低的问题,利用带宽排除局部优化正交匹配追踪算法中的带排除方法降低原子间相干性的影响;将局部优化技术与新的相干性判别机制结合,以此获得更为紧凑的相关带来更新支撑集,从而提高重构精度。在模板更新阶段,采用一种以相关带为单位,并根据不同的权重系数进行判断的模板替换机制,以加强模板矩阵的抗干扰性。仿真结果表明,所提方法相较于传统算法在室内及室外场景中均能稳定、鲁棒地跟踪到感兴趣的目标。

互惠双向生成对抗网络用于跨模态行人重识别

魏梓钰,杨曦,王楠楠,杨东,高新波

2021, 48(2): 205-212. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2021.02.026

摘要 ( 295 )

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为提高跨模态行人重识别的准确率,提出一种基于互惠双向生成对抗网络的跨模态行人重识别方法。首先,建立两个生成对抗网络以生成跨模态异质图像;其次,设计一种联合损失在可见光与红外图像相互转换过程中拉近隐藏空间特征的分布,促使网络生成更接近真实图像的伪异质图像;最后,通过将原始图像与生成的异质行人图像相结合并输入至区别性特征提取网络中,使得不同模态的图像统一至相同模态,消减了跨模态差异。利用表征学习与度量学习,使网络提取出更具有判别性的行人特征。通过在跨模态数据集SYSU-MM01和RegDB上做对比实验,分析了该方法在不同损失函数下的识别效果。对比于其他前沿跨模态行人重识别方法,这种方法具有更高准确率和更强鲁棒性。

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