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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。
[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] 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。
[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] 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] 吴迪
软件工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:目前位置信息服务(Location-based service)在国防军事、公共安全、交通运输和社交网络等领域作用日益凸显。据统计,人们约70%以上的活动时间集中在室内,因此室内定位需求比室外更为迫切。UWB由于其厘米级及以下的定位精度,相比Wi-Fi、蓝牙、RFID(Radio Frequency Identification)等手段在室内定位领域具有更为广阔的应用前景。然而,目前UWB与移动终端的集成方案中,定位信号与通信数据分离,造成了通信资源浪费;而硬件的成本以及系统的定位刷新率等因素限制了定位效率。
  因此,本文期望定位和通信相融合以充分发挥UWB的优势,旨在基本不降低现有定位精度的前提下,实现UWB室内定位和通信的一体化,以提高资源利用率。论文的主要工作如下:
  首先,针对UWB无线技术与现有设备集成困难的问题,提出了一种UWB定位和通信一体化的总体框架,研究了可以用于2维室内定位的定位和通信一体化系统,设计实现基站与移动终端的无线化,摆脱了基站的空间布局限制,并完成系统的硬件设计,实现了一体化平台与移动终端的通信。
  然后,设计了一种UWB定位和通信一体化的通信帧,实现融合数据的共存,降低控制中心的计算量;并针对设计的硬件系统和通信帧,提出了一种用于室内定位和通信一体化的方法,该方法使用F-Δt模型,结合系统误码率对一体化系统的通信帧数据增量作出估量,在以确定概率不影响定位刷新率的情况下,可以求得融合通信数据的比特数范围。通过对比较分析不同测距方法中Δt带来的定位误差,提出通过双向TOA来对误差进行弥补。
  最后,通过实验表明F-Δt模型与双向的TOA融合,以轻微的定位精度代价实现了UWB定位和通信一体化。
[硕士论文] 李乾
电子与通信工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类社会进入移动互联网的新时代,基于地理位置信息的相关服务也迅速的发展起来。目前人们已经不仅仅满足于室外环境下的位置信息服务,在室内环境下的人员和设备定位等服务也存在巨大需求,但是室内环境不同于空旷的室外,存在许多障碍物,影响无线信号的定位效果,因此如何提高室内无线定位精度的相关技术研究也成为了热点。
  超宽带(UWB)技术是目前新兴的无线通信技术,本文围绕如何提高UWB室内定位精度展开研究,首先在IEEE802.15.4a标准提供的UWB信道模型下进行了信道仿真,确定了在室内环境下非视距传播(NLOS)是造成UWB信号传播时延和信号强度衰减的主要因素。针对NLOS这一问题,本文分析了基于信号强度法(received signal strength,RSS)、基于信号到达角度法(angle of arrival,AOA)、基于信号到达时间法(time of arrive,TOA)、基于信号到达时间差法(time difference of arrive,TDOA)这四种常用定位方法的优劣,其中TDOA法能够发挥UWB信号时间分辨率高的优点,因此本文选择TDOA法。
  确定了定位方法之后,本文介绍了比较经典的基于TDOA的UWB定位算法:Chan算法、Taylor算法以及结合了二者优点的Chan-Taylor协同算法。对这三种算法进行仿真,可知当环境中存在较高NLOS误差的时候,其定位精度都会受到较大影响。因此本文提出使用遗传神经网络算法来拟合TDOA测量数据与目标点坐标值之间的映射关系,通过遗传神经网络强大的非线性映射能力来减小TDOA测量数据中包含的NLOS误差对定位精度的影响。仿真结果表明,遗传神经网络算法在存在较高NLOS误差的环境下,定位精度明显要高于前面所述的三种算法,并且随着NLOS误差的提高该算法仍具有较好的稳定性。同时为了获得更高的定位精度,本文参考Chan-Taylor协同算法,将遗传神经网络算法与Taylor算法相结合,仿真表明二者的结合算法相较于单纯的遗传神经网络算法具有更好的定位性能。
[硕士论文] 李春堂
电子与通信工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着无线网络的逐渐普及,因其设备成本低廉,易于部署等特点,基于WLAN的室内定位技术成为当今研究的热点。目前多数基于WLAN的室内定位技术是通过接收信号强度(RSSI)实现的,但是因其在室内环境中易受到多径效应的影响,所以精度不高。本文对基于CSI位置指纹的室内定位方法进行研究,主要研究内容有:
  (1)CSI数据的采集及预处理。首先采用Intel5300无线网卡与Linux802.11n CSI Tools开源工具对CSI数据进行采集;对采集到的CSI数据进行分析,选择了稳定性较好的幅值信息作为构建位置指纹的主要特征;之后采用拉以达准则对异常数据进行检测与剔除,保证了信号特征的稳定性;最后将处理过的CSI数据运用主成分分析法进行了降维处理,降低了数据的运算量,有效提高定位效率,在此基础上建立了离线指纹库。
  (2)提出了基于仿射传播算法和WKNN相结合的定位算法。首先根据各参考点的位置指纹特点进行聚类,本文采用的仿射传播算法无需指定类的个数,属于半监督聚类算法,可以达到将相似参考点聚类成簇的目的,提升了定位的效率;然后采用改进的WKNN算法将实时采集的CSI数据与离线指纹库中的数据做对比匹配,该算法通过赋予每个AP和近邻点不同的权值来实现更精准的定位。
  (3)使用MATLAB对本文的算法进行仿真测验。在实验室设置参考点部署实验环境进行多组对比实验,本文所提出的定位算法平均误差达到0.92m,相较于传统的KNN和贝叶斯算法在1m内的误差概率分别提升39%和52%;同时对比CSI与RSSI在室内定位的性能,通过本文的算法现实了基于CSI的室内定位较RSSI定位在1m内的定位精度有了61%的提升。
[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。
[博士论文] 田超
电磁场与微波技术 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:微波凝视关联成像利用多个发射机发射独立随机信号构造波束内时空两维随机变化的辐射场,通过对观测区域辐照而采集得到的回波信号和由计算得到的辐射场的关联处理,实现波束内目标高分辨成像。为了满足微波凝视关联成像雷达对固定、重点区域的连续不间断观测的需求,本文开展基于浮空平台的微波凝视关联成像研究,主要解决以下三个问题:(1)微波凝视关联成像雷达实际发射波形相对于预置波形存在偏差;(2)发射接收天线随浮空平台平移运动;(3)大观测区域成像所需的计算量和存储量与受限的浮空平台资源相矛盾。本文研究工作包括:
  一、针对问题(1),推导了包含幅相误差及同步误差的关联成像模型,提出了基于参考接收通道的幅相误差及同步误差校正方法,即在对目标区域观测成像的同时,利用参考接收机采集各辐射单元的直达信号。将包含误差的凝视关联成像分解为两个步骤:首先利用直达信号进行幅相误差及同步误差估计,然后利用估计值对包含误差的成像模型进行补偿并通过关联处理算法进行成像。相对于仅利用回波来估计误差的目标成像方法,论文所提基于参考通道辅助误差估计的方法,实现更为简单且效果更佳。此外,分析了各通道信号参数和参考接收天线的位置及指向对误差估计的影响,得到波形设计和天线布局应满足的准则。
  二、针对问题(2),推导了基于平移运动平台的微波凝视关联成像模型,在此基础上分析了平台平移运动及速度测量误差对成像性能的影响。将存在测速误差的平移浮空平台下的微波凝视关联成像问题转换为目标函数的最小化问题,提出了基于牛顿法和粒子群优化的平移速度估计与目标重建联合求解算法。
  三、针对问题(3),在窄脉冲关联处理的基础上,针对离散集群目标场景,提出了基于窄脉冲的自适应成像方法。该方法通过系统发射窄脉冲随机信号和对网格误差鲁棒性较好的匹配滤波方法,自适应寻找目标分布区域,实现了距离向和方位向的二维自适应网格划分,避免了在整个成像区域进行均匀网格细分导致测量矩阵规模大的问题。
  四、考虑基于窄脉冲关联处理方法要求实际成像系统具备发射窄脉冲的能力,而实际发射通道的末级电路为需要具备高响应速度的微波大功率窄脉冲功放,因此需要对此关键组件进行研究。为进一步提高系统的灵活性与适应性,本文研究设计微波大功率变脉冲放大器,保证系统的最窄脉冲输出的前提下,也可调节信号脉宽。设计过程中主要解决高速漏极脉冲调制电路设计和射频脉冲前沿凹陷两个难题。
[硕士论文] 高超
测绘工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:SAR立体测图能够提取精度较高的地表三维信息,与稀少控制点区域网平差相结合,成为目前一种较为稳健的SAR测图方法。机载SAR由于其获取干涉和非干涉数据方式简便,获取时间、空间具有可控性,在实际测图中也得到了广泛应用。但稀少控制点区域网平差所需的同名连接点基本是靠人工选取,测图效率较低,机载SAR影像间几何畸变严重,灰度差异大,导致机载SAR影像间匹配精度较低。如何实现自动化、高精度匹配成为机载SAR立体测图实际应用的技术难点。本文针对以上所述匹配难题,充分发掘、利用SAR影像的辅助数据,主要包括InSAR数据和POS数据,提出了InSAR辅助机载SAR影像匹配方法。
  本文主要研究内容包括:
  1.InSAR高程和SAR影像地理编码:传统影像的地理编码依赖于带有高精度地理坐标信息的高程数据,原始InSAR相位高程带有高程信息,但不带有地理平面坐标信息,本文利用POS数据和InSAR相位高程数据,首先对InSAR数据进行了地理编码,获取InSAR DSM编码产品。然后利用带有地理坐标的InSAR DSM数据,对SAR影像进行了纠正。重点对POS数据支持下的InSAR相位高程直接和间接地理编码方法进行了研究。
  2.机载InSAR数据辅助SAR影像匹配:机载SAR影像易受到飞行条件等因素影响,影像质量相对较差,存在斑点噪声,导致匹配的成功率和精度较低,成为SAR影像自动处理的技术难题。本文提出了InSAR相位高程数据辅助SAR影像匹配方法,即利用相同位置InSAR像元与SAR影像像元目标相同、编码后的InSAR DSM一定区域内相对形变较小的特点,通过InSAR DSM之间的匹配并借助InSAR与SAR数据严密的几何转换关系,间接方式获取SAR影像匹配同名点,为SAR影像的匹配提供了一种新的尝试,为SAR影像的自动空三提供新的解决思路。
  3.InSAR辅助SAR影像匹配技术方法的验证:通过在待匹配影像上手工量测参考影像的同名点,与本文匹配技术获取的同名点进行偏移误差计算,获取本文匹配方法的精度和准确率;通过与尺度不变特征转换(SIFT)算法结果进行比较,对本文匹配方法的效果和性能进行评价。
  理论方法和试验结果表明,本文方法的匹配准确率在70%左右,匹配精度达到1~3个像素,准确率和精度均显著高于传统的机载SAR影像直接匹配算法。
[硕士论文] 麻文刚
通信与信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业现代化进程的推进,物位测量设备与环境交互也在快速增加。导波雷达物位计作为新型物位测量仪器,以其耐高温、高压、真空以及受温度粉尘影响小等优点,广泛应用于工业领域。将导波雷达物位计与现场总线结合进行测量物位,能够解决传统意义上的4~20mA回路只能传输单一参数的问题,也保留了对原来的4~20mA模拟回路的兼容性。但测量物位计中存在传感器自身结构产生的回波、二次回波叠加、随机尖峰脉冲及噪声等,导致物位回波中存在虚假回波干扰。本文针对高温、粘稠等恶劣工业应用环境,在HART通信协议与物位测量方法研究基础上,完成了回波信号的采样,对现场回波信号进行识别,得到真实物位回波;采取相应去噪方法消除物位回波中的噪声干扰;利用粒子群方法对测量的物位值样本分析,使得物位值更加可靠。论文在数据处理的基础上完成了软硬件设计,研制出了一套高精度的物位计。
  论文的工作内容主要体现在以下几个方面:
  (1)利用现有设备对高频回波信号进行采样时,难以获取信号的全部特征,导致信号采集不完整。为此,基于回波信号的周期性特点,提出了采用等效采样原理对雷达回波信号处理,将高频信号进行重复采样,在不断增加采样周期的情况下,完成对高频回波信号的时间间隔检测,同时根据RAM与基准时钟提出的混合等效采样完成对信号时间的检测;利用多普勒效应原理进行混频分析,识别多参数物位回波,在MATLAB环境下,得到了含有杂波与不含杂波的信号频谱,对不同的雷达回波信号进行了识别仿真,进而确定出了物位回波。
  (2)针对回波信号中的各种噪声信号干扰,通过自适应最小均方误差算法(Least MeanSquare,LMS)对物位回波信号进行前端处理,利用系统迭代权矢量进行权系数更新,实现LMS滤波;提出利用小波变换处理回波信号,在MATLAB环境下,分析了Sy4、Sy8和Haar小波基处理回波信号的优缺点,利用去相关检验原理确定最优分解层数,提出了改进后的小波变换进行阈值去噪,并且对比了几种小波基对信号的去噪性能;利用粒子群优化方法对测量的物位值样本分析,进行粒子建模,并且提出改进的盲均衡算法,利用MATLAB仿真验证算法的有效性。
  (3)设计了一套新的远程物位测量系统,该系统分为回波信号采集模块和远程手操器两个部分。回波信号采集部分采用基于ARM7的STM32为处理器进行数据处理,在MDK-ARM软件环境下利用C语言进行了模块化编程。HART通讯部分由A5191型芯片与AD5421转换器组成,手操器采用S3C2416作为核心控制的MCU,并在VS2010环境下开发了基于智能设备的MFC软件界面。远程手操器作为便携式设备在工业现场可以实现参数查询、参数设置和标定等功能。
  系统测试与实验表明:物位测量精度可达到1.6%F.S,与现有去噪方法相比,提出的去噪方法在抑制噪声的同时,较好地保留了信号奇异性特征,避免了伪吉布斯振荡;通过优化后的物位值更加可靠、收敛速度较快且稳态误差较小。测量系统具备参数设置、查询和标定等功能,智能化程度较高,本文研究成果已应用于实际工业自动化过程中的物位测量。
[硕士论文] 郭一鸣
电子与通信工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着电力电子技术、传感器技术、电机控制技术的不断发展,以及高性能数字信号处理器技术的不断进步,雷达方位信号处理系统逐渐由模拟控制系统向数字控制系统发展,先进的控制理论也被应用于雷达方位信号处理系统中,这些都为高性能雷达方位信号处理系统的开发奠定了基础。雷达方位信号处理系统是雷达的重要组成部分,它对于发现目标、跟踪目标以及精确地测量目标的方位和其他参数都起着重要作用。特别是雷达方位信号处理系统精度会直接影响雷达的测角精度。
  本课题依托成都某军工研究所,针对其超低速测速性能的缺陷采用了改进的测速算法予以改善,提高了超低速时的测速性能,完成了基于FPGA的雷达方位信号采集处理系统的设计。本文分析了各种测速算法的基础上,采用定采样周期M/T法设计了核心测速算法,针对超低速时的测速死区问题,采用基于预估和外推的改进测速算法,较好的解决了超低速时无法得到方位值的问题。其次,根据测速算法完成了以FPGA为核心的测速模块硬件设计,采用verilog编程实现了雷达方位信号处理系统的逻辑功能,实现了编码器通信接口、异步FIFO以及PCI接口功能,以便其能与不同类型的控制器进行数据传输。接着,针对PCI接口设计了基于PLX SDK工具包,开发了针对PCI总线的底层驱动,设计并编写了I/0模式与DMA模式相结合的数据交换程序,实现测速数据处理、保存以及实时显示的功能。
[硕士论文] 马振宇
地图学与地理信息系统 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)技术凭借高精度的三维空间信息,在森林资源调查中的应用日益广泛。机载激光雷达(Airborne Laser Scanning,ALS)能够从树冠上层获取森林的树冠结构,提取林分尺度的和单木尺度的林业参数。地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)具有探测森林内部三维场景的能力,尤其是精细的林冠下层垂直结构和几何形态结构。因此,机载激光雷达与地基激光雷达结合能够完整地描绘森林垂直结构。本文利用ALS的树冠形态实现了高密度人工林单木分割,利用TLS数据形态特征进行了近地面点云的分类和倒木分割,具体进行了以下工作:
  (1)本文为实现高密度落叶松人工林单木分割提出了一种区域增长分割与树冠形态特征相结合的算法。首先,基于CHM判断冠幅阈值,此阈值用以控制区域增长法分割的单木树冠范围,即基于点云距离的增长规则进行点云分割;随后对区域增长的分割单元构建厚度1.5m的垂直切面,切面点云投影到二维空间后筛选获得最佳切面,利用逐个增加的高斯函数拟合最佳切面的树冠形态,利用残差相关系数阈值(0.9)判断每个单元包含的单木数量。最后,使用K-means聚类实现点云尺度单木分割,并根据实测数据实现株数和树高的精度验证。结合树冠形态的单木分割能够有效提高分割精度,使用孟家岗林场8个落叶松人工林样地进行精度验证,单木分割的正确率在82%以上,单木分割正确率较区域增长法有明显提高。单木尺度估测树高与对应单木的实测树高拟合后得到的相关性R2为0.86,RMSE为3.2m,通过不同树高、不同株密度的样地树高分别验证表明,该算法能够实现高密度郁闭人工落叶松的单木点云分离和树高估测。
  (2)地基激光雷达能够弥补机载激光雷达对林下植被探测能力的不足。本实验利用TLS形态特征实现了近地面1.3m以内地面点、枝叶点、立木点和倒木点的精细分类,并实现了倒木分割与信息提取。为避免点云密度差异和遮挡的形态特征的影响,点云分类时基于自适应临近搜索法计算团块协方差特征值构造3D和2D特征。使用k临近递增的团块协方差特征值得到的线性特征、面状特征和发散状特征构造最大熵函数,用最大熵函数取得最大值时的临近点云计算特征参数,根据递归特征排除法(RFE)筛选重要变量进行随机森林分类。利用自适应kNN特征得到三块研究样地(A、B、C)的分类总体精度分别为93.17%、94.52%、95.16%,相较于固定半径kNN分类精度有一定提高。提取倒木点云去噪处理后进行随机抽样一致圆柱拟合,根据轴线方向进行圆柱的筛选与合并,实现倒木的识别,样地倒木识别率为100%。
  总之,ALS的树冠形态能够有效实现单木树冠的分离,在此基础上能够提取单木尺度的森林参数。TLS形态特征能够实现林下场景的精细分类和倒木分割,因此将二者结合研究将在森林三维场景的完整构建、森林参数的高精度提取、森林资源的精细调查中具有巨大的实用价值和应用前景。
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