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基于特征時(shí)序性的海雜波環(huán)境小目標(biāo)檢測(cè)方法

董云龍 羅霄 丁昊 王國慶 劉寧波

董云龍, 羅霄, 丁昊, 王國慶, 劉寧波. 基于特征時(shí)序性的海雜波環(huán)境小目標(biāo)檢測(cè)方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2025, 47(3): 707-719. doi: 10.11999/JEIT240528
引用本文: 董云龍, 羅霄, 丁昊, 王國慶, 劉寧波. 基于特征時(shí)序性的海雜波環(huán)境小目標(biāo)檢測(cè)方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2025, 47(3): 707-719. doi: 10.11999/JEIT240528
DONG Yunlong, LUO Xiao, DING Hao, WANG Guoqing, LIU Ningbo. A Detection Method of Small Target in Sea Clutter Environment Based on Feature Temporal Sequence[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(3): 707-719. doi: 10.11999/JEIT240528
Citation: DONG Yunlong, LUO Xiao, DING Hao, WANG Guoqing, LIU Ningbo. A Detection Method of Small Target in Sea Clutter Environment Based on Feature Temporal Sequence[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(3): 707-719. doi: 10.11999/JEIT240528

基于特征時(shí)序性的海雜波環(huán)境小目標(biāo)檢測(cè)方法

doi: 10.11999/JEIT240528 cstr: 32379.14.JEIT240528
基金項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金(62388102, 62101583)
詳細(xì)信息
    作者簡(jiǎn)介:

    董云龍:男,博士,教授,研究方向?yàn)槔走_(dá)目標(biāo)組網(wǎng)檢測(cè)等

    羅霄:男,碩士生,研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、目標(biāo)檢測(cè)等

    丁昊:男,博士,副教授,研究方向?yàn)楹ks波特性認(rèn)知、雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)等

    王國慶:男,博士,副教授。研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)目標(biāo)檢測(cè)、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)等

    劉寧波:男,博士,教授,研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、海雜波抑制與目標(biāo)智能檢測(cè)

    通訊作者:

    丁昊 hao3431@tom.com

  • 中圖分類號(hào): TN957.51

A Detection Method of Small Target in Sea Clutter Environment Based on Feature Temporal Sequence

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62388102, 62101583)
  • 摘要: 特征檢測(cè)作為海雜波環(huán)境下小目標(biāo)檢測(cè)的有效手段,受到了廣泛關(guān)注與深入研究。過去對(duì)特征的研究大多關(guān)注于當(dāng)前幀,近年來使用幀間時(shí)序信息融合當(dāng)前幀特征的方法也被提出并在檢測(cè)方面取得一定效果。但該方法不能很好地適應(yīng)具有時(shí)變性的海雜波數(shù)據(jù),且僅采用靜態(tài)加權(quán)算法融合特征,對(duì)歷史幀信息的利用不夠充分。針對(duì)上述問題,該文提出基于模型穩(wěn)定的修正Burg方法進(jìn)行特征自回歸(AR)建模與一步預(yù)測(cè),使模型能夠自適應(yīng)調(diào)整極點(diǎn)分布,提高了海雜波特征預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,并基于求解多變量極值問題提出了一種動(dòng)態(tài)加權(quán)算法得到了最小方差的融合特征。該文結(jié)合IPIX數(shù)據(jù)集和海軍航空大學(xué)共享數(shù)據(jù)集進(jìn)行實(shí)驗(yàn),利用相對(duì)平均幅度(RAA)、相對(duì)多普勒峰高(RDPH)、頻域峰均值比(FPAR)3特征構(gòu)建凸包檢測(cè)器驗(yàn)證了所提方法的有效性。
  • 圖  1  航道浮標(biāo)圖

    圖  2  不同海況時(shí)域回波圖

    圖  3  加入穩(wěn)定因子后AR模型極點(diǎn)變化

    圖  4  特征頻譜對(duì)比

    圖  5  特征相對(duì)預(yù)測(cè)誤差隨穩(wěn)定參數(shù)變化曲線

    圖  6  修正Burg方法的AR預(yù)測(cè)曲線與觀測(cè)曲線對(duì)比

    圖  7  動(dòng)態(tài)加權(quán)算法檢測(cè)器流程

    圖  8  不同滑窗寬度對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)方差曲線

    圖  9  3種算法計(jì)算后數(shù)據(jù)方差對(duì)比

    圖  10  凸包檢測(cè)器圖示

    圖  11  不同極化3種算法計(jì)算后特征巴氏距離對(duì)比

    圖  12  融合特征后平均檢測(cè)概率隨AR階數(shù)增加的變化曲線

    圖  13  不同極化本文所提方法與其他特征組合的檢測(cè)效果對(duì)比

    圖  14  不同海況背景下本文所提方法與其他檢測(cè)方法的邊界性能對(duì)比

    表  1  IPIX數(shù)據(jù)集信息

    文件序號(hào)采樣數(shù)浪高風(fēng)力目標(biāo)影響單元
    目標(biāo)所在單元
    總距離
    最大(m)一般(m)風(fēng)向(°)風(fēng)速(m/s)單元個(gè)數(shù)
    17131 0723.12.1301108:11914
    26131 0721.561.0321196:9714
    30131 0721.250.89210196:8714
    31131 0721.280.89206156:9714
    54131 0720.970.66308207:10814
    280131 0722.41.44216117:10814
    310131 0721.380.9313336:9714
    311131 0721.380.9310336:9714
    320131 0721.340.91317276:9714
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  LSTM訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置

    預(yù)設(shè)參數(shù)設(shè)置值
    最大訓(xùn)練次數(shù)150
    梯度閾值1
    使用歷史幀數(shù)20
    初始學(xué)習(xí)率0.01
    調(diào)整學(xué)習(xí)率節(jié)點(diǎn)60次以后
    學(xué)習(xí)率調(diào)整因子0.2
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  3  不同預(yù)測(cè)方法下雜波特征的平均相對(duì)預(yù)測(cè)誤差

    AR預(yù)測(cè)方法 不同特征的平均相對(duì)預(yù)測(cè)誤差
    RAA FPAR RDPH
    本文所提方法 0.128 3 0.204 7 0.319 4
    未修正Burg方法 0.153 0 0.225 6 0.345 0
    文獻(xiàn)[10]方法 0.198 3 0.260 3 0.338 4
    LSTM 0.263 2 0.198 5 0.296 0
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  4  不同預(yù)測(cè)方法下目標(biāo)特征的平均相對(duì)預(yù)測(cè)誤差

    AR預(yù)測(cè)方法 不同特征的平均相對(duì)預(yù)測(cè)誤差
    RAA FPAR RDPH
    本文方法 0.112 6 0.183 1 0.285 8
    未修正Burg方法 0.126 9 0.199 9 0.315 8
    文獻(xiàn)[10]方法 0.198 3 0.260 3 0.338 4
    LSTM 0.152 7 0.183 2 0.310 7
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  5  IPIX數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

    檢測(cè)器 使用脈沖數(shù) 不同極化方式下的平均檢測(cè)概率 平均檢測(cè)概率
    HH HV VH VV
    原3特征
    檢測(cè)器
    64 0.245 9 0.349 1 0.339 3 0.177 2 0.277 9
    128 0.437 2 0.574 3 0.569 9 0.368 7 0.487 5
    256 0.569 4 0.699 6 0.696 7 0.496 2 0.615 5
    文獻(xiàn)[10]檢測(cè)器 64 0.348 1 0.472 8 0.456 1 0.276 4 0.388 4
    128 0.629 2 0.743 9 0.735 4 0.535 6 0.661 0
    256 0.709 9 0.813 9 0.809 3 0.642 0 0.743 8
    本文檢測(cè)器 64 0.417 7 0.543 2 0.537 3 0.347 4 0.461 4
    128 0.692 1 0.794 1 0.792 6 0.630 0 0.727 2
    256 0.776 3 0.856 3 0.854 4 0.732 1 0.804 8
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  6  海軍航空大學(xué)共享數(shù)據(jù)集檢測(cè)結(jié)果

    檢測(cè)器 使用脈沖數(shù) 檢測(cè)概率 平均檢測(cè)概率
    4級(jí)HH 4級(jí)VV 5級(jí)HH 5級(jí)VV
    原3特征
    檢測(cè)器
    64 0.305 5 0.682 0 0.218 2 0.155 8 0.340 4
    128 0.456 7 0.808 4 0.453 1 0.334 8 0.513 2
    256 0.632 7 0.907 1 0.647 5 0.459 4 0.661 7
    文獻(xiàn)[10]檢測(cè)器 64 0.400 7 0.718 6 0.334 7 0.208 9 0.415 7
    128 0.592 3 0.886 5 0.644 5 0.443 3 0.641 7
    256 0.753 3 0.959 1 0.820 8 0.534 6 0.767 0
    本文檢測(cè)器 64 0.442 4 0.778 5 0.434 1 0.255 6 0.477 7
    128 0.647 1 0.922 5 0.727 6 0.497 5 0.698 7
    256 0.803 1 0.976 6 0.866 4 0.597 9 0.811 0
    下載: 導(dǎo)出CSV
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圖(14) / 表(6)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2024-06-25
  • 修回日期:  2025-02-15
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2025-02-24
  • 刊出日期:  2025-03-01

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