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[博士论文] 耿杰
信号与信息处理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式微波遥感技术,能够全天候、全天时地获取高分辨率图像,已经广泛应用于军事目标识别、海洋环境监测、城市覆盖调研等领域。SAR遥感图像分类通过分析地物后向散射特性等信息,实现地物分类,是SAR遥感解译的重要内容。然而,由于SAR图像存在固有的相干斑噪声,目标存在歧义性与不稳定性,不同区域特性不均匀等问题,如何自动的实现高精度SAR图像地物分类仍然是亟待解决的难题。
  本文以实现SAR遥感图像分类为主要研究目标,结合SAR图像的特点,研究基于深度学习神经网络的特征提取与分类方法。本文的主要工作如下:
  首先,SAR图像固有的相干斑噪声导致其有效特征缺乏,针对此问题,提出了深度卷积自动编码网络,挖掘SAR图像潜在的空间特征。深度卷积自动编码网络采用经典滤波器组构成的卷积层获得初始特征表示,利用尺度变换层去除相干斑噪声,采用多层稀疏自动编码器提高特征的区分性,通过形态学校正的后处理减小相干斑噪声对分类的影响。为了在有限训练样本情况下提高分类精度,提出了权值融合表示分类器,实现了测试样本在训练字典表示“竞争性”与“协同性”之间的平衡,从而进一步提高SAR图像分类精度。
  其次,SAR图像获得的目标特性存在歧义性与不稳定性,针对此问题,提出了深度监督收缩网络,提取SAR图像样本特征与类别标签之间的相关信息,提高特征表达的区分度与鲁棒性。深度监督收缩网络利用样本标签的监督项来引入高层语义信息,克服目标歧义性的问题;利用编码函数惩罚的收缩项来增强局部不变性,克服目标不稳定性的问题。为了丰富SAR图像的初始特征,提出了多尺度图像块特征提取模型,能够获得SAR图像低层、中层特征描述。为了更好地抑制相干斑噪声对分类结果的影响,提出了基于图割的空间平滑后处理模型,能够减小误分类杂点。
  再次,SAR图像不同区域特性不均匀导致传统特征提取模型的泛化能力有限,针对此问题,提出了深度循环编码网络,实现全自动的特征提取与分类,增强特征提取模型的泛化能力。深度循环编码网络由图像块循环神经网络和非负Fisher约束编码网络两部分组成。图像块循环神经网络自主学习像素间的相关特性,能够获得SAR图像的空间上下文特征,实现SAR图像自动特征提取。非负Fisher约束编码网络利用非负约束提高编码表示的稀疏性,采用Fisher约束提高特征表达的类内紧凑性,能够增强特征判别能力,从而达到提高分类效果的目的。
  最后,开展了基于SAR图像的海洋养殖浮筏分类提取应用研究。针对海洋SAR图像存在更加严重的相干斑噪声的问题,提出了一种迭代低秩表示算法,不仅有效去除海洋SAR图像的相干斑噪声,而且使得养殖浮筏的轮廓信息更加清晰。针对海洋养殖浮筏分类提取问题,分别采用本文提出的三种深度神经网络进行提取,验证本文提出的深度网络在实际应用中的有效性。
  综上,本文通过对SAR遥感图像的深入分析,研究了基于深度学习神经网络的分类方法,提取了丰富而有效的SAR图像特征,实现了自动的高精度分类,并成功地应用于海洋养殖浮筏分类提取任务,可以为SAR遥感智能解译提供有效方法。
[硕士论文] 邢玲玲
控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:雷达系统已经广泛应用到生产和生活中,雷达测速、飞机导航、警用防空等都需要雷达系统的指引,但是雷达系统非常庞大和复杂,包括了天线、发射部分、接收部分、方舱等部分,其涉及电路板多,一旦发生故障,诊断、维修都会非常困难。目前大部分雷达板卡损坏都需要寄回原厂返修,部分难以移动的板卡则需要原厂派人维修。本文针对CINRAD-SA气象雷达系统设计和开发了一款电路板级故障诊断系统,可以解决该型雷达电路板故障诊断的难题,并为类似系统的开发提供参考。
  本故障诊断系统利用CINRAD-SA雷达自身各系统的接插件或端口信息特征,判断系统所处工作状态,实现可更换单元的故障自动识别和故障部位的准确定位,为基层级维修提供故障诊断信息。系统可以弥补该型雷达BIT(机内检测设备)的不足,有效提高雷达的维修效率。系统采用CPCI总线接口形式,可实现多路数字信号的产生、采样功能,构成专用数字PCB板故障检测硬件平台。硬件部分使用了FPGA芯片来完成采样电路的处理,通过转接电路组合采集被测板卡的电信号,并对信号进行判断,将测试结果通过接口传输到计算机中。系统软件部分采用C/S开发模式,利用Delphi编程实现,实现了监控分系统板卡、信号处理分系统板卡、终端分机系统板卡的故障诊断,同时提供了虚拟示波器,并具有频率和功率测试功能。系统运行产生的数据使用了SQL Server2012数据库进行存储。在设计完成后,利用QTP进行自动化性能测试,测试针对功能和性能进行,本次选择的用例一共有160项,其中涉及的功能模块数合计400项,测试正常项有380项,占测试比例的95%,针对测试中的问题进行了补充完善。
  基于上述设计,系统开发完成以后已经交付在榕城部署和使用,能够满足用户对于雷达故障诊断检测的需求,该系统对雷达系统的故障诊断具有积极的推动作用,具有较好的应用和推广价值。
[硕士论文] 高丽清
模式识别与智能系统 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:海洋安全监控已成为国民经济可持续发展的一项重要任务,高频地波雷达(High Frequency Surface Wave Radar,HFSWR)使用高频电磁波沿海洋表面绕射传播的特性实施广泛区域内的全天候监测,实现海洋船舶目标的超视距探测。使用HFSWR可实现对我国海洋专属经济区的有效监控,维护国家海洋权益。论文研究HFSWR回波数据生成的距离-多普勒(R-D)图,探索在R-D图中检测船舶目标的算法,完成的主要内容如下:
  1.给出HFSWR和舰船自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据的来源、组成以及信息处理的流程,对比分析两种数据的不同点。
  2.研究HFSWR回波信号中海杂波、地杂波和电离层杂波的形成原因及特性,针对不同的杂波设计采用对应的方法抑制干扰,稳定检测背景信号,减少杂波干扰对目标检测的影响。
  3.采用了自适应曲线拟合、CA-CFAR、双参数CFAR算法,完成了R-D图差分共四种船舶目标检测算法。自适应曲线拟合和CA-CFAR算法通过设定检测阈值探测目标信号,超过阈值的信号是检测到的目标。双参数CFAR算法根据目标在R-D图中占据单元格的大小设定滑动窗口,滑动窗口可以判断窗口内的信号是否为船舶目标。R-D图差分法是将相邻时间的R-D图看成两帧图像,对相邻时间的两帧图像取差可检测到待定目标,再依据目标速度的时间相关性,对待定目标做最终确认,进而获得真实的船舶目标。
  4.用AIS数据对上述四种算法获得的结果进行验证。将HFSWR数据与AIS数据进行时空统一处理,采用AIS数据信息对文中四种算法的目标检测结果进行匹配和对比。
  经实验验证,本文完成的算法是有效的,而且已投入实际应用。
[硕士论文] 杨启松
模式识别与智能系统 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:高频地波雷达是海上目标大范围遥感探测的主要手段,相对于传统大型阵列高频地波雷达,小孔径的紧凑型地波雷达具有占地面积小、发射功率低、方便维护和架设等优点。为了扩大雷达的探测范围,可以利用多站高频地波雷达进行组网观测,通过融合多站雷达探测的信息,提高海上目标的探测性能。目前,开展双站紧凑型高频地波雷达目标探测的研究较少,因此本文针对双站紧凑型高频地波雷达的目标关联进行研究,论文主要完成的工作有:
  1.针对双站紧凑型高频地波雷达目标点迹关联问题,总结了目标点迹关联的流程。利用双站紧凑型高频地波雷达定位精度,确定了双站点迹粗关联方法和关联门限的大小。对于粗关联后可关联点迹集中出现的问题,采用了最近邻点迹关联方法解决。由于该方法点迹关联准确率较低,提出了基于拍卖算法全局最优的点迹关联方法。仿真分析表明:基于拍卖算法全局最优的点迹关联方法可以有效对目标点迹进行关联,并且比最近邻点迹关联方法的关联准确率高。
  2.为了开展双站紧凑型高频地波雷达航迹关联方法研究,总结了紧凑型高频地波雷达目标跟踪流程。为了提高目标跟踪中的精度,采用了无味卡尔曼滤波。针对目标跟踪中多个点迹落入航迹关联门限内的问题,采用联合概率数据关联算法解决。由于该算法复杂度高、计算量大,将模糊联合概率数据关联算法引入到紧凑型高频地波雷达目标跟踪中,仿真结果表明:基于模糊联合概率数据关联算法的跟踪方法可以有效跟踪目标航迹,跟踪效果与联合概率数据关联算法相当,且运行时间明显减少,适合工程应用。
  3.针对双站紧凑型高频地波雷达目标航迹关联问题,总结了双站紧凑型高频地波雷达航迹关联流程。利用航迹跟踪后目标的状态,确定了双站航迹粗关联方法。针对航迹粗关联后可关联航迹集中出现的问题,采用基于序贯相似度的全局最优航迹关联方法解决。仿真结果表明:基于序贯相似度的全局最优航迹关联方法可以有效对航迹进行关联,随着航迹长度的增加,关联准确率整体呈现上升趋势并逐步稳定。
[硕士论文] 韩刘帮
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:旋转式激光雷达(LiDAR,Light Detection and Ranging)是一种集激光技术、雷达技术和光机电一体化技术于一体的主动式探测技术,已成为获取空间三维数据的一种重要技术手段。旋转式激光雷达具有探测范围广、精度高、速度快、稳定性好等优点,在军事、汽车、SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)建图、火灾救援、无人机避障与路径规划以及煤矿下巷道变形监测等领域具有重要应用价值。
  本文在详细剖析传统旋转式激光雷达系统组成和关键技术的基础上,主要从旋转式激光雷达的数据传输方式、旋转实现方式、控制器编程方式等方面进行改进:
  首先,针对传统旋转式激光雷达系统旋转部分与固定部分之间采用电刷通信导致的寿命低、转速慢的问题,提出了替代传统电刷的基于LiFi(Light Fidelity)的全双工无线通信系统进行旋转式激光雷达旋转部分与固定部分间的数据传输。
  其次,根据旋转式激光雷达的测量距离和测量速度需要,选择了合适的激光测距传感器;同时,为了解决旋转部分供电问题,设计了无线供电模块,并根据旋转式激光雷达的特点设计了中空式的永磁式无刷电机,来实现旋转式激光雷达旋转部分的供电与旋转;并设计了机壳等相关结构。
  再次,使用LabVIEW for STM32编程环境分别对旋转式激光雷达旋转部分与固定部分的控制器进行了程序编写,并对上位机数据处理软件进行了程序设计,从而构成了旋转式激光雷达的软件系统部分。
  最后,对旋转式激光雷达进行了扫描测试及误差分析,并对通过旋转式激光雷达扫描及上位机软件处理后得到的点云图像进行了基于SIFT算法的人体轮廓识别。
[博士论文] 王小珍
地图学与地理信息系统 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:浅海水深数据是进行科学研究和海岸管理的重要基础。近岸地形地貌及海岸带环境演变分析大多依赖于船载测深手段,缺乏大范围实时数据的更新,尤其在水浅坡缓的岸滩区域,仍然存在水深数据空白。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)可以探测水下地形及岸滩变化,作为一种新兴的海洋测深手段,以其独特的优势在一定程度上弥补了传统测深方法的不足。
  本文主要采用数值模拟方法和SAR遥感技术研究浅海水下地形的成像机理和水深反演方法。首先利用流场数值模型分析了两种典型地形对不同方向流场的调制作用,并集成三维水动力模型和成熟的二维雷达成像模型构建了浅海典型水下地形的二维SAR遥感成像模型,分别对近岸平行流场条件下的珠江口伶仃航道地形和复杂流场条件下的苏北浅滩辐射沙洲地形的SAR遥感成像特征和成像过程进行了分析。在此基础上,发展了适用于苏北浅滩沙脊和潮沟相间分布地形的二维水深反演方法,进而结合SAR遥感影像,完成了浅海水下地形反演和地形迁移变化监测的探索性研究。本文的主要研究内容和成果如下:
  (1)在前人研究的基础上,以沙波(正地形)和航道(负地形)两种浅海典型水下地形为研究目标,引入三维水动力模型进行流场数值模拟。将描述水下地形和流场相互作用的流场模型由二维拓展到三维,对水下地形在平行流场、垂直流场以及一般方向流场中各流速分量、海表流速和流速梯度的三维空间分布进行了分析,对水下地形和三维流场的相互作用机制有了新的认识。
  (2)集成三维水动力模型和二维雷达成像模型,建立了珠江口航道地形SAR遥感成像模型。流场模型实时模拟了珠江河口区域复杂的水动力环境以及航道地形所引起的海表面流场变化,通过雷达成像模型得到模拟的SAR图像,与真实SAR遥感影像和水深数据的良好对比结果证明了该模型具有对水下地形进行SAR遥感成像的能力,为后续苏北浅滩辐射沙洲地形的成像研究奠定了基础。
  (3)集成三维水动力模型和二维雷达成像模型,建立了苏北浅滩辐射沙洲地形SAR遥感成像模型,针对太平沙区域进行流场的实时动态模拟和水下地形雷达成像仿真。定性分析了浅海水下地形雷达成像的影响因子,比较了水深和坡度对雷达后向散射信号的影响。结果表明,雷达后向散射强度受平均水深变化的影响较小,受水下地形坡度变化的影响较大。
  (4)基于苏北浅滩地形数据的先验知识,对太平沙研究区沙脊和潮沟相间的水下地形进行了形态拟合,集成苏北浅滩辐射沙洲地形的SAR遥感成像模型,发展了浅海二维水下地形的反演方法。利用SAR遥感影像,对太平沙研究区水下地形的反演做了探索性研究。
  (5)采用苏北浅滩水下地形SAR遥感反演体系中对地形位置的提取方法,利用长时间序列的多种遥感影像,对苏北浅滩麻菜珩和外磕脚两个领海基点所在区域进行了地形迁移变化研究。结果表明,两个区域的地形会发生不同方向的迁移,但在长时间尺度和大空间尺度上保持平衡。
[硕士论文] 邢万里
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)已经被广泛应用于林业资源调查中,能够实现样地内林木三维结构参数的高精度自动提取,并为大尺度遥感技术如机载激光雷达(Airborne Laser Scanning,ALS)提供大量高精度的地面验证数据。TLS的工作方式分为单测站和多测站,相比较而言,多测站工作方式能够获取样地场景更完整的信息,无论是单木识别率还是林木结构参数提取精度都优于单测站,因此多测站的工作方式在样地调查中应用的更为广泛。已有的TLS点云数据自动配准算法多基于线和面,无法直接应用到林地场景,而传统的人工设置标靶辅助点云数据进行配准的方法工作效率较低。针对已有的TLS点云数据自动配准算法不适用于林地场景的问题,本文提出了一种不需要任何辅助工具的林地TLS点云数据自动配准算法。主要研究内容与实验结果如下:
  (1)针对目前的地面点滤波算法在林分ALS点云数据中应用较好但不适用于林地TLS点云数据的问题,本文提出一种基于八叉树的地面点滤波算法。实验结果表明,该算法充分利用构建八叉树过程体元尺度依次减半的特点,只需设置地面点的分辨率即可实现地面点的全自动高精度滤波。
  (2)针对目前广泛使用的树干点识别算法存在树干点识别精度和效率较低的问题,本文提出了一种基于体元投影密度的树干点识别算法。实验结果表明,该算法能够实现逐体元的树干点识别,提高了树干点识别的效率,并且树干点识别结果的噪声比很小,即在提高效率的同时也提高了树干点识别的精度。
  (3)基于准确识别的地面和树干点云数据,本文提出了一种适用于林地场景的TLS点云数据的自动配准算法。实验结果表明,利用单木位置和胸径信息能够快速搜寻同名点,并实现点云数据的粗配准。针对匹配的树干和地面数据,利用ICP算法能够实现点云数据的精配准,最终实现点云数据的高精度自动配准。
  综上所述,本文将配准过程分为两步:粗配准和精配准,逐步实现林地TLS点云数据的高精度自动配准。基于识别的高精度地面点和树干点估测的单木位置和胸径可用于快速准确的获取基准站和配准站的同名点,实现点云数据的粗配准,在粗配准的基础上使用ICP算法经过多次迭代可实现林地点云数据的高精度自动配准。
[硕士论文] 王濮
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:作为一种新型的对地观测技术,激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)已广泛应用于林业资源调查、数字城市、电力巡线、基础测绘等领域。相比于传统光学遥感手段,激光雷达能够克服信号饱和及易受云雨影响等局限性,且对森林冠层具有很强的穿透性,能直接获取森林冠层的三维结构信息,因而在表达森林冠层空间结构及参数反演方面具有独特优势。其中机载激光雷达数据由于其光斑直径较小、且多回波或全波形记录方式,可以直接、高效的获取高精度、高密度的森林植被三维结构信息,适于单木位置的精准探测与树冠的精确分割,定量、精细描述森林三维结构(如树高、冠幅、叶面积指数等),是当前森林资源调查最有效的手段之一。
  针对现有机载LiDAR数据单木分割算法在密集林区应用精度较低的问题,本研究开展了密集林区单木分割算法的研究,主要包括以下研究内容:
  (1)利用Kd树(K-dimension tree)组织离散激光点云数据以提升点云数据的搜索查找效率;开展了点云去除噪声算法研究,并分别应用数学形态学滤波 算法、移动曲面滤波算法和布料模拟滤波算法进行研究区激光点云的地面点和非地面点分离。
  (2)分别对地面点云和非地面点云采用反距离加权法插值生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和数字表面模型(Digital Surface Model,DSM),并基于DSM和DEM生成冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM)以及基于DEM对林区冠层点云高程归一化处理。
  (3)基于林区冠层分层结构特点提出了一种从机载点云数据直接分离单木的方法。首先,基于CHM计算局部最大值以确定冠层表面的明显树顶,并以此作为单木位置的先验知识,继而采用归一化割(Normalized cut,Ncut)方法实现冠层的初始分割;然后,以全局最大值代替局部最大值,并将冠层形状、冠层最小点数作为约束条件,再次利用Ncut方法完成漏检单木的探测,进而实现单木的精确探测。实验结果表明,本文方法有效地减少了漏识单木,整体精度可达90%以上。
  (4)分别对漏检单木处理前后的分割结果进行定量评价,并与其他方法结果做比较,验证本研究所提方法的可靠性和优势。实验表明,本文方法具有优势与潜力,将有助于单木三维结构定量、精细描述及参数反演。
[硕士论文] 高鹏鹏
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:无线电测距是一种在电磁波应用技术基础上的测距方法,在军事、通信领域具有广泛应用,如无线电近炸引信,利用无线电对于目标距离的探测,从而获得引信引爆的时间等。随着无线电测距应用领域的不断深入,对于探测的广度、精度以及对周遭环境干扰的抵抗程度等性能的要求也越来越高。传统的无线电测距过程中,环境噪声的制约使得实际测距结果与理论计算值之间存在一定差距。针对当前无线电测距受噪声干扰导致测距精度不高的问题,提出了基于混沌信号的无线电测距系统研究,以期利用混沌信号的独特性能来完成对受噪声问题影响的无线电测距系统性能的改进。
  本文在传统无线电测距的基础上,引入混沌信号,利用宽带混沌信号的类噪声性、高频性、尖锐的自相关函数等特性,来提高无线电测距的精度。首先学习混沌系统的基本原理,运用仿真软件对不同混沌振荡电路进行仿真分析,得到最优的Colpitts振荡电路后并进行改进;之后完成混沌信号由仿真到实际的输出,并完成混沌收发电路的设计,包括压控振荡器、放大电路、耦合输出等,最后将混沌参考信号与反射接收的回波信号进行相关算法的研究处理,完成整个无线电测距系统的研究设计。
  实验结果表明,基于混沌信号的无线电测距系统测量的最远距离为6.98m,测距精度为1cm,相较于普通超声波或脉冲信号做探测信号的无线电测距系统精度有一定程度的提升,基本可以满足无线电的测距需求。但探测距离的优化和改进相对较小,在未来的研究过程中,需要在此基础上增加探测距离,对数据研究的算法进行进一步提高。
[硕士论文] 徐龙阳
计算机科学与技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:基于位置信息服务(Location Based Service,LBS)技术已经被广泛应用在导航、救援以及定位追踪等领域。由于室内环境复杂易变,无法很好感知卫星信号,GPS定位难以满足人们的定位需求,国内外学者提出多种室内定位技术如红外线定位、超声波定位、RFID定位、WIFI定位,移动传感器定位等,这些技术取得较好的定位效果,但普遍存在各自的局限性,难以实现大规模推广应用。
  本文针对移动智能手机内嵌的多种传感器(加速度计、陀螺仪以及磁力计等)实现行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)存在的传感器漂移、累计误差等问题,展开研究工作,具体研究为以下三个方面:
  (1)BP神经网络模型预测移动距离。传统PDR技术通过行人步数检测、步长估计来实现行人移动距离计算,步骤繁琐,容易出现检测和计算误差。本文引入BP神经网络模型,利用大量数据对模型进行训练和测试,实现较好的预测效果,从而有效减少传统PDR技术计算移动距离带来的计算误差。
  (2)设计一种微航向角融合算法。行人行走方向可以通过陀螺仪和磁力计计算得到,由于传感器自身测量不精确性和环境的干扰,单一传感器计算角度具有较大的累积误差。因此,本文提出了一种微航向角融合算法,通过将行人行走过程划分四类微场景,利用三种微航向角进行分类加权融合获得行走航向角,有效降低传感器的累积误差。
  (3)行人室内位置追踪。通过行人移动距离和航向角,实现位置追踪。本文一共测试16个人,实验结果表明,相对于使用单一的陀螺仪或磁力计计算方向角,定位误差保持在1~4m范围内,PDR(BP+陀螺仪)方法有7个人。PDR(BP+磁力计)方法仅有4个人。提出的定位方法PDR(BP+微航向角融合)结果有12个人的,占总人数的75%,其中,最好的定位误差仅有2.16m,表明提出的定位方法能够有效降低误差累积影响。
[硕士论文] 姚晓杰
计算机科学与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种主动式的微波成像传感器,不受时间、地理条件和天气的限制,通过发射电磁波和接收电磁波获取地面目标点的回波信息,通过对得到的回波进行处理,得到相应地面目标点的实际信息,在军事监测、灾害评估、资源勘测等领域有着广泛的应用。由于雷达获取的实际回波数据掺杂较多干扰信号且获取成本高,目前在算法研制阶段,多采用模拟仿真的方式获取原始回波信号供后续研究使用。
  现如今,雷达可根据当前观测地形采用不同的工作模式,对应于回波模拟,需要对多种雷达工作模式进行仿真。本文通过对雷达飞行时条带模式、扫描模式、滑聚模式和TOPS模式进行分析总结,基于条带模式模拟仿真流程,提出多模式统一模拟仿真流程并进行模拟实现。
  雷达分辨率的提升对模拟仿真而言,需要在仿真区域设置更多的目标点。随着仿真目标点的增多,传统串行模拟仿真时间的时间大幅上升,为了高效的获取雷达回波数据,本文将高性能计算与回波模拟结合起来,通过图形处理器(Graphics Processing Unit,简称GPU)对回波模拟仿真过程进行优化。在优化过程中,根据模拟仿真设备配置的不同给出了三种不同的优化方法:
  (1)模拟仿真设备配置一块GPU:通过对仿真过程及GPU特性的分析,发现GPU处理模拟仿真时产生原子加问题,成为影响GPU性能的瓶颈。为了解决回波模拟原子加问题,本文提出三种改善性能瓶颈的策略:分块策略、流策略和线程任务分配策略,并通过实验数据证明三种策略的优化性能。
  (2)模拟仿真设备配置多块GPU:对模拟仿真任务进行切分,采用基于共享内存的并行编译处理方案OpenMP分配与GPU设备数一致的线程,不同的线程负责不同的GPU设备,最后完成模拟仿真结果的整合。
  (3)模拟仿真设备配置多机多GPU:在单台模拟仿真设备配置多块GPU的基础上,提出基于消息传递接口MPI和基于Hadoop的两种框架解决多机间通信问题,通过实验数据证明两种框架的优化性能。
[硕士论文] 吕冠南
地图学与地理信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有高精度几何定位能力。然而,由于卫星轨道及成像参数等存在误差,制约着SAR影像的几何定位精度。几何定标技术可以实现误差的探测及消除,是实现SAR影像高精度定位的关键,也是提升SAR系统在无控制点情况下几何定位精度的主要途径之一。尤其近年来,随着高分三号(GF-3)等国产SAR卫星的陆续发射,迫切需要对星载SAR几何定标技术展开深入的研究,以促进国产SAR卫星的发展和应用。
  几何定标通常采用地面控制点获取距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)模型中的精确几何参数,用以完成星载SAR影像高精度几何定位。但在广域范围内,特别是高山地区域,控制点极难获取。此外,传统定标方法仅面向单一平台SAR影像,尚不能实现多平台影像的联合几何定标。针对上述问题,本文提出了一种基于稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法。该方法从包含实测控制点的主影像出发,使用点位追踪算法获取主影像与从影像之间的连接点,并以连接点为桥梁逐级完成从影像的几何定标。本文采用京津冀地区南北向分布共计235km的3景TerraSAR-X、3景TanDEM-X、5景GF-3影像进行联合几何定标试验,仅使用5个控制点即完成了所有影像的几何定标,并利用GNSS接收机采集实测GPS点进行精度评价。结果表明基于稀少控制点定标后的TSX/TDX影像的几何定位精度优于3m,GF-3影像的几何定位精度优于7.5m,验证了该方法的有效性和正确性。
  本文的主要内容和工作如下:
  (1)研究了SAR成像严密几何定位模型。以目前广泛使用的距离-多普勒模型为切入点,对R-D模型的构建与推导、SAR卫星轨道的拟合描述以及几何定标模型的构建与解算进行了详细阐述与分析。
  (2)研究了基于R-D模型的直接几何定位和间接几何定位算法,建立了卫星传感器与地物点之间的映射关系。并在此基础上,介绍了两种相对应的地理编码方法,即直接地理编码和间接地理编码,以实现几何定标后的SAR影像从影像坐标空间到投影坐标空间的转换。
  (3)提出了一种联合几何定标新方法,并详细阐述了该方法的核心算法,包括连接点点位追踪算法和基于SRTM的连接点大地坐标获取算法。设计了联合几何定标处理的技术流程,可基于稀少控制点实现多景、多平台SAR影像的几何定标,表明了该方法的兼容性和通用性。
  (4)基于MFC环境开发了联合几何定标软件,使用京津冀地区的3景TerraSAR-X、3景TanDEM-X、5景GF-3影像进行了几何定标试验,并利用82个GPS点进行精度评价,试验结果验证了该方法的有效性和正确性。
[硕士论文] 苏瑞
概率论与数理统计 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着中国互联网化和移动互联网化的进程,位置服务产业逐步发展。在用户需求的推动下,位置服务与城市服务不断融合,位置服务业务将不断提高用户的娱乐、生活和社交需求。在目前已有的定位技术中,GPS在室外环境的定位中精度可以达到米级,但是在室内定位方面,在建筑物遮挡和多径效应等诸多因素的影响下,GPS难以进行精确定位。因此,室内定位成为无线技术的一个研究热点。
  在无线网络通信中,基于不同定位设备的终端定位技术有很多,可以适应不同的定位环境。本文研究了非视距传播(NLOS)环境下的定位技术,主要工作如下:
  1、对到达时间定位(TOA)算法进行了介绍和分析,通过无误差数据和带有高斯噪声的数据计算得到的定位结果,探究传统TOA方法在复杂的NLOS环境下的敏感性。
  2、在NLOS环境下,提出一种改进的TOA算法,通过引入Bootstrap抽样及蒙特卡罗模拟方法,对误差进行模拟分析,得到更加精确的误差分布,然后对直线传播数据进行模拟还原,在此基础上利用牛顿迭代法对移动终端进行定位。实证分析表明这种改进的TOA算法具有更高的精确性和稳健性。
  3、TOA定位算法运用了三角定位原理,在NLOS环境下,传统的定位算法需要通过利用多个基站同时定位来处理噪声,这大大增加了算法复杂度,因此对本文提出的改进TOA算法进行优化,减少了定位算法中用到的基站数目,并通过实验说明这种优化后的改进TOA算法是可行的。
  4、在定位技术的基础上,针对卫星提供的位置数据,本文以贝叶斯预测方法为基础,提出了一种轨迹预测方法,给出了其算法,并利用实验数据进行下一位置预测,最后对该方法的预测结果进行误差分析,结果表明该方法具有较好的预测效果。
[硕士论文] 贾江波
电机与电器 河北科技大学 2018(学位年度)
摘要:作为重要的水利工程,水库大坝在国家的经济发展和生产安全中有举足轻重的地位。由于历史问题,一些水库大坝施工质量不高,加上长时间的使用,大多存在渗水、漏水的问题,不仅造成了水资源的浪费,而且对人民的生命财产以及国家的生产安全带来了极大的威胁。为了避免这些事情的发生,就要做好日常的检测,其中探地雷达是比较方便的一种无损检测方法,相比于其他方法,探地雷达具有操作便捷、对检测区域无伤害、检测效果明显等优点。为了得到好的检测结果,就要求探地雷达有合理的天线设计,本文主要针对探地雷达阵列天线的优化方法展开了研究。
  首先,介绍了探地雷达电磁波的传播特点,从麦克斯韦方程入手,结合本构关系,以及传播介质的电性和磁性,分析了电磁波在传播过程中的损耗以及反射折射的规律。
  其次,对探地雷达进行了机理分析,介绍了天线中心频率、时窗、采样率、测量点距等参数的选择对探地雷达分辨率和深度的影响。在此基础上,根据Yee网格离散化的原则,利用MATLAB建立二维坝基渗漏模型并进行正演模拟,模拟结果表明,对于深度为5~6米的目标,100MHz的探测结果在成像效果和分辨率上比较优秀。
  然后,介绍了基本蚁狮优化算法(ALO)并提出了改进的混沌蚁狮优化算法(CALO)。在蚁狮优化算法的初始化方面,通过对比不同的概率密度分布函数,选定威布尔分布,提升了算法的收敛速度。由于混沌搜索有助于自适应参数提升陷阱坑收缩的速度,在威布尔分布的基础上,引入了混沌自适应因子,提出了混沌蚁狮优化算法,极大程度避免算法陷入局部最优,从而找到最优解,提升收敛精度。
  最后,将提出的CALO算法应用到天线阵列的优化中,对于不同拓扑结构的线性阵列天线(LAA)和圆形阵列天线(CAA),选定不同的条件参数,例如第一零点波束宽度(FNBW)的选择和零点的叠加等等。对具有不同元素数量的LAA和CAA优化其激励振幅和元素间距,从优化结果可以看出,采用CALO算法同其他元启发式算法的优化结果应用于天线阵列的结果进行对比。可以看出,CALO算法有明显的优势,天线阵列副瓣峰值(SLL)降低远低于其他优化算法,最大程度抑制了SLL。
[硕士论文] 崔晓明
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着雷达技术的发展,雷达信号的调制方式也趋于复杂。面对日益复杂的电磁环境,传统的五参数已不能满足对雷达信号识别的要求,需要对雷达信号的脉内调制特征进行分析,以实现对敌方雷达的有效识别。本文以几种典型的雷达信号为研究对象,对复杂调制雷达信号的调制识别问题展开深入研究。
  首先,介绍了时频分析的基本理论,然后结合电子对抗的雷达信号环境,建立了多项式相位信号(PPS)、正弦调频信号(SFM)、S型信号和调频调相复合信号(LFM-BPSK和FSK-BPSK)的数学信号模型,并对信号进行了时频分析,总结了信号的时域、频域和时频域的特征;
  其次,基于决策树分类思想对复杂调制雷达信号的识别展开研究。针对非线性调频信号,通过对信号作二阶离散多项式相位变换,可以对多项式调频信号(2阶和3阶)和正弦调频信号进行识别;针对复合调频信号,采用有效带宽比阈值法对信号进行识别。然后对线性调频信号(LFM)、二相编码信号(BPSK)、频率分集信号(FSK)、SFM、S型信号、LFM-BPSK信号和FSK-BPSK信号8种信号同时存在的情况下,通过提取信号的相位特征、FRFT特征、带宽特征和离散多项式相位变换特征,采用决策树分类机制,对信号进行逐一识别;
  最后,提出一种基于神经网络分类器的复杂调制雷达信号的识别算法,提取了信号的偏度、峰度、频谱差异系数、近似熵、盒维数、信息维数和FRFT变换系数共7种特征参数;阐述了神经网络分类器的原理和特点,对BP算法流程进行了深入研究;然后将提取的7种特征通过BP神经网络模型进行训练,基于MATLAB平台,仿真对比了该算法与决策树分类算法对8种雷达信号的识别情况,验证了基于神经网络分类的复杂调制雷达信号算法的可行性。
[硕士论文] 徐锦涛
通信与信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文在详细学习、研究了大量有关无源时差定位算法文献的基础上,对时差定位中的核心问题时延估计的基础互相关算法及其改进算法二次相关算法的相关基础知识、算法原理和计算流程做了详细地介绍。并对已有的常见二次相关算法的改进算法进行了总结和阐述。
  在对二次相关算法的基础知识、性质以及算法本身做了深入的研究后,对于相关函数类时延估计算法计算时延时,需要信噪比较好的数据包,但缺乏相应地质量评价方法问题,提出了一种对照二次相关方法。该方法在二次相关算法的基础上,结合互相关函数的性质,设立了一组对照二次相关组,简称对照组;对原二次相关算法,简称原始组。由于原始组需要两个信号并对其中一个信号做自相关,在对照组中,取在原始组中未做自相关的信号,并对该信号做自相关。在其余时延估计过程中,通过利用互相关函数的性质,对后续过程做出相应的调整,使得在理想无噪声影响时,对照组可以和原始组获得相同的时延值。随后对该对照二次相关方法的基础上做了进一步的改进,改进后减少了一次互相关运算。
  在实际含有噪声的情况下,如果不同监测设备之间的距离较远,不同监测设备之间的噪声相对独立,所以可以认为不同监测设备接收到的信号所携带的噪声是独立的。当信噪比较低时,原始组和对照组计算结果会有差异,通过这种差异可以对数据包的质量好坏进行评价。本文首先通过仿真,对对照二次相关方法的判断阂值做了初步的选择,并给出了该判断阈值。随后通过实测数据对本文提出的对照二次相关方法及判断阈值的检测能力进行了验证。验证结果表明本文提出的对照二次相关方法及判断阈值可以满足实际应用的要求。
  对于通过对照二次相关方法筛选出的较好的数据包,在利用二次相关对实际数据包进行时延估计时可能存在的多个最大峰值点问题和利用快速傅立叶变换进行计算存在的栅栏效应问题。本文结合多项式拟合对二次相关计算结果的峰值点进行拟合,将计算结果的精度推进到亚采样点级别,以便求解出更加精确的峰值位置,从而获得更高的时延估计精度。在对利用多项式拟合对二次相关算法计算结果峰值点拟合时,由于峰值过大造成拟合困难的问题,提出了通过对待拟合点进行线性归一化后再进行多项式拟合的解决方法。最后通过实测数据验证了基于多项式拟合的二次相关算法的有效性及优越性。该算法可以较好地解决多个最大峰值点问题和栅栏效应问题,并且在数据包质量较好的条件下,与二次相关算法相比可以获得更加精准的时延值。
[硕士论文] 辛晓琨
电子与通信工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会各行业的蓬勃发展和无线通信技术的显著进步,无线传感网络被应用到越来越多的方面,其在室内定位上的应用受到了越来越多的关注。因此在可用频谱资源日趋紧张的今天,找到一种更低成本、更快速度、更高精度的定位技术已迫在眉睫。超宽带技术以其极大的带宽、高传输速率、高时间分辨率、强抗多径衰落能力、低发射功率、高保密性等优势脱颖而出,逐渐成为室内环境下高精度定位的首选,被认为是未来通信的十大技术之一。
  本文基于超宽带通信,对应用于超宽带的TDOA定位方法中的传统算法进行了改进。主要研究内容概括如下:
  1.对超宽带信号的原理进行了介绍;研究了超宽带信号最常用的实现方式冲激无线电的发射机结构及冲激无线电信号的生成;对冲激无线电常使用的高斯脉冲波形及能量谱密度进行了仿真分析;仿真实现了超宽带信号的两种调制方法,即PPM-TH-UWB和PAM-DS-UWB;重点介绍了基于IEEE802.15.4a标准的信道模型;分析了检测处理信号使用的相干和非相干两种手段,研究了两种手段的接收机结构。
  2.主要分析研究了无线定位中几种基于测距的定位方法,如TOA定位方法、TDOA定位方法、AOA定位方法和RSSI定位方法等;研究对比了各定位方法的优劣,确定了基于TDOA的定位方法为主要研究对象,并分析了影响定位精度的因素。
  3.对基于TDOA定位方法的几种传统定位算法LS算法、WLS算法、Fang算法、Taylor算法、Chan算法等进行了研究,对Fang、Taylor、Chan三种算法进行了仿真,对比了定位的精度;通过对比分析结合Chan算法和Taylor算法的优势进行了算法的联合,初步提高了定位精度;研究了移动目标的定位跟踪,介绍了卡尔曼滤波算法,并使用卡尔曼滤波算法对Fang、Taylor、Chan三种定位算法进行了改进,通过仿真对比选择了Chan算法与卡尔曼滤波的结合,提高了对移动目标定位跟踪的精度;最后使用移动机器人平台及定位套件进行了定位实验,实验验证了该改进算法的可行性,其定位精度表现良好。
[博士论文] 曹士连
交通信息工程及控制 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:在航海教育培训实践中,雷达模拟器较之真雷达设备更具灵活性且成本更低,因而被广泛应用于雷达操作使用训练。目前国内的雷达模拟器主要采用以二维岸线(或等高线)数据为基础的扫描线求交算法生成雷达图像,导致生成的回波图像目标遮挡关系不明确,真实感不高,训练效果受影响。为解决上述问题,本文开展了以三维场景数据为数据源的雷达图像生成方法研究,论文的主要研究工作如下:
  1.通过对比雷达工作过程和三维场景绘制过程,发现两者有诸多相似之处,也存在一些明显的差异,在此基础上提出了利用场景绘制技术生成仿真雷达图像的方法。该方法采用透视投影绘制三维场景,实际上是利用了图形处理器内置的z-Buffer算法解决目标遮挡判断问题,绘制过程中利用可编程图形处理器在着色器程序中计算雷达探测距离和回波强度,计算结果保存在帧缓存内,再从帧缓存读取距离和回波强度并转换为雷达径向扫描线进而生成仿真雷达图像。针对透视投影foreshortening现象造成的远距离低平目标回波图像断裂现象进行了分析,提出了一些针对性的缓解措施,同时也分析了一次绘制生成多条扫描线带来的方位映射误差。
  2.分析了径向扫描线从极坐标到直角坐标扫描变换过程中出现的死点和盲点现象,提出了利用纹理映射实现扫描变换的方法,该方法不再将径向扫描线直接映射到屏幕上,而是存储于矩形纹理图像中,将圆形雷达显示区域划分为若干小扇形,再将纹理图像映射到小扇形上形成雷达图像。纹理映射方法将扫描变换过程与图形绘制过程结合在一起,实际上由GPU来完成扫描变换过程,简单高效,且很好地克服了扫描变换过程中的死点和盲点现象。
  3.为寻求合理的仿真雷达图像回波强度算法,分析了孤立目标和扩展目标的雷达方程,确定了适用于雷达图像仿真的雷达方程,提出了基于雷达方程的回波强度算法。采用sinx/x天线方向图函数分析雷达天线的方向性,提出了雷达波垂直方向衰减算法,提出通过操作纹理图像像素来实现回波的横向扩展和径向扩展以及旁瓣回波。根据ITU的建议标准计算雷达波的大气吸收损耗、降雨损耗和云雾损耗,并提出了基于GPU的雷达波传播衰减实现方法。采用γ常数模型和经验模型计算目标的后向散射系数。仿真实验表明,扩展后的回波真实感进一步提升,回波强度符合雷达波基本特性,能够较好地模拟增益调节效果。
  4.阐述了创建地形、港口设施和助航标志和船舶等三维雷达数据的基本方法,利用创建的模型进行仿真实验,仿真结果表明场景绘制方法能够在3s左右生成360°圆周扫描雷达图像,满足实时性要求,图像能够反映不同尺寸、不同航向船舶回波的变化。
  利用场景绘制方法生成的仿真雷达图像遮挡判断明确,回波强度合理,真实感更高,为雷达使用训练提供了更好的基础条件。
[硕士论文] 汤晗媛
计算机技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种搭载在卫星上,利用合成孔径原理实现高分辨率微波成像的对地观测系统。由于具备全天时、全天候以及一定穿透地表能力的特点,所以在军事、民用等领域有着广泛的应用。
  随着科技的发展和需求的增加,星载SAR朝着多模式、多极化、高效性等趋势发展。为了支撑星载SAR地面处理系统正常工作,会对星载SAR回波仿真系统提出更高的要求,在保证星载SAR回波仿真系统满足实际系统工作特点的同时,还要求其能具备真实性以及高效性,因此给星载SAR回波模拟系统的设计带来了巨大的挑战。
  本文针对多模式星载SAR回波系统提出一种通用的模拟方法。通过介绍星载SAR基础技术,展现星载SAR回波系统的工作特性。然后详细地阐述不同工作模式下星载SAR的工作特点,借助其共通性将多个模式统一到一个系统中。通过改进相关算法,利用并行架构提升系统的性能,并通过引入多种真实系统误差,提高模拟的真实性。
  首先,研究低轨道星载SAR基础技术,重点介绍了卫星平台建模、目标建模、有效载荷建模以及星地几何建模四个方面,展示了多模式星载SAR基本工作特点。
  其次,研究了同步轨道星载SAR回波模拟相关的关键技术。通过对比低轨道和同步轨道星载SAR工作上的不同特点,从轨道建模、斜距建模两个个角度进行阐述,来研究同步轨道星载SAR回波模拟技术。
  最后,借助距离频域脉冲相干法建立多模式星载SAR回波数据生成模型,为体现真实性,引入模糊度模拟。并将该通用模拟方式移植到两种模拟系统中进行验证。一种是基于地面计算平台设计的多模式星载SAR回波模拟系统,实验表明,该系统能够有效地进行多种工作模式下回波数据的模拟。另一种则是基于低功耗GPU计算平台设计的能进行实时成像的星载SAR回波模拟验证系统,实验验证了其有效性的同时,亦证明其实时性的特点,为今后研究星载SAR技术发展奠定基础。
[硕士论文] 汪强
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目标的电磁散射特性作为雷达侦测、识别、追踪目标的信息来源一直是计算电磁学领域探究的热点。如何高效的对其进行定量分析也一直受到研究者们的广泛关注。本文围绕特征基函数法(CBFM)进行展开,针对CBFM在求解目标单站雷达散射截面(RCS)中存在的不足提出了一些改进措施,以达到提高算法求解效率的目的。
  本文首先介绍了矩量法(MOM)的基本原理,接着详细介绍了CBFM,CBFM根据其构造基函数(CBFs)的方式不同又分为三类,其中基于奇异值分解的特征基函数法(SVD-CBFM)由于构造出的CBFs和缩减矩阵不随激励变化而改变,因此非常适用于目标单站RCS问题的求解,本文正是在SVD-CBFM的基础上提出了一些改进措施。
  SVD-CBFM在构造CBFs时需要大量的平面波激励照射每一个子域,得到的CBFs数目较多,造成奇异值分解的时间较长。此外,该方法没有考虑到激励中存在的冗余信息,且忽略了不同子域之间的互耦作用,计算精度很难进一步提高。针对上述不足,本文提出一种改进的特征基函数法(ICBFM),ICBFM首先考虑到激励中存在的冗余信息,利用奇异值分解去除激励中的冗余量;其次,ICBFM充分考虑到子域间的互耦作用,求解出子域的次要特征基函数,同时为了不增加CBFs的数目,ICBFM利用融合CBFs的措施重新构造出了一种新的CBFs,由于新的CBFs中包含了次要特征基函数的信息,因此在CBFs数量没有增加的情况下计算精度却得到了提高;最后,为了进一步节约求解时间,提出了基于ICBFM的加速技术,有效地提高了ICBFM的求解效率。
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