基于AIS的海洋环境目标监测技术研究

介绍了由多种AIS监测平台获取船舶信息的方法,探讨基于AIS的海洋环境目标监测技术。介绍了AIS信息获取和融合技术,提出了同类传感器多源融合与异类传感器多源融合的模型,描述了船只目标信息提取与应用技术。通过收集处理AIS信息,可以大大扩展船舶的监视范围,对于提高船舶动态的监控能力和海上安全的保障能力具有很重要的意义。     

基于AIS距离-多普勒投影的地波雷达CFAR检测验证方法

恒虚警(CFAR)检测是地波雷达船只目标探测的主要方法。目前基于船舶自动识别系统(AIS)信息的CFAR检测验证方法是一种间接验证方式,容易受地波雷达系统测向误差的影响,且不具备对错检与漏检目标的分析能力。本文提出了一种基于AIS信息的评价地波雷达CFAR检测结果的直接验证方法。该方法将有效的AIS信息转换到地波雷达的距离-多普勒谱中,通过在该谱中AIS信息与CFAR检测结果的关联分析,实现CFAR检测结果的直接评价。论文首先给出了方法的原理和处理流程,然后利用实测数据给出了该方法在CFAR检测结果评价中的实际应用,验证了方法有效性,而且该方法也为低可观测目标的CFAR检测提供了参数优化调整的依据。     

基于AIS信息校准的双频地波雷达的船只融合跟踪

高频地波雷达（HFSWR）和自动船只确认系统（AIS）是船只跟踪的重要传感器。高频地波雷达可以用来跟踪探测区域的所有船只,而AIS只能用来确认合作船只的信息。由于海杂波的干扰,使用单频率地波雷达的船只跟踪会淹没在布拉格峰值的盲区里,改变探测频率是克服这一缺点的有效手段。在这种背景下,我们提出一种基于AIS校准的双频雷达融合探测算法。因为不同频率的地波雷达测量与AIS的测量值存在系统误差,所以AIS信息可以用来估计和校准地波雷达的每个频率的系统误差。首先,将合作目标的点迹测量与地波雷达的点迹测量通过JVC分配算法进行点迹关联。从合作船只的点迹关联结果中,双频雷达的系统误差可以估计和校准。其次,基于校准的双频雷达数据,使用融合JPDA-UKF算法进行船只跟踪。通过真实探测的数据的实验结果显示所提算法可以实时跟踪船只,相比单频率跟踪可以进一步提高跟踪能力和跟踪精度。     

船只目标SAR、HFSWR和AIS多手段融合探测的点迹关联分析

A space-borne synthetic aperture radar （SAR）, a high frequency surface wave radar （HFSWR）, and a ship automatic identification system （AIS） are the main remote sensors for vessel monitoring in a wide range. These three sensors have their own advantages and weaknesses, and they can complement each other in some situations. So it would improve the capability of vessel target detection to use multiple sensors including SAR, HFSWR, and A/S to identify non-cooperative vessel targets from the fusion results. During the fusion process of multiple sensors＇ detection results, point association is one of the key steps, and it can affect the accuracy of the data fusion and the efficiency of a non-cooperative target＇s recognition. This study investigated the point association analyses of vessel target detection under different conditions： space- borne SAR paired with AIS, as well as HFSWR, paired with AIS, and the characteristics of the SAR and the HFSWR and their capability of vessel target detection. Then a point association method of multiple sensors was proposed. Finally, the thresholds selection of key parameters in the points association （including range threshold, radial velocity threshold, and azimuth threshold） were investigated, and their influences on final association results were analyzed.     

基于FJPDA关联算法的地波超视距雷达目标跟踪

针对地波超视距雷达(SWOTHR)目标跟踪中JPDA算法关联复杂度高、计算量大的问题,将模糊联合概率数据关联(FJPDA)算法应用于地波超视距雷达目标跟踪中。在FJPDA跟踪方法中采用了目标点迹与航迹的模糊隶属度,解决目标点迹与航迹的关联概率问题,避免了传统JPDA算法中对有效矩阵的拆分导致的计算量组合爆炸的现象,可以降低目标跟踪算法的复杂度,提高运行效率。通过实测地波雷达数据的目标跟踪实验分析及与同步AIS信息的比对分析,结果表明:基于FJPDA算法的跟踪方法可以有效跟踪SWOTHR中的目标航迹,跟踪效果与JPDA算法相当,且运行时间明显减少,适合工程应用。     

基于磁电信息融合的海上目标探测方法

单一探测手段在海上目标探测任务中存在探测效率低、虚警率高的缺陷。为有效提高传感器对海上目标探测的探测能力,降低虚警率,提出了一种基于目标磁场、电场数据的融合探测方法,该方法在磁电数据能量检测的基础上,利用 Pearson 相关系数对证据来源的相关性进行评价,能够修正由环境干扰、传感器异常等因素带来的不稳定性。在海上试验平台,将提出的磁电融合方法与传统单一静磁探测方法对比,明显降低了虚警率,验证了方法的有效性。     

基于多源信息融合的浅海超低频声源目标探测关键技术及实现

以多传感器信息融合理论为指导,结合现代信息处理技术与数据驱动建模及科学计算技术,研究浅海超低频声源目标激发共存地震波的复合声场中超低频声波传播特性和数据驱动建模的水下目标深度识别等关键技术,并论证了技术实现方案及路径。结果表明:以复合矢量水听器、地震波监测仪等多传感器信息融合理论为指导研究前海超低频声源目标可以克服传统声场建模存在的问题,有助于浅海超低频声源目标探测及改善海洋水下声学监测手段。在提高声呐探测设备的测量准确度、精度方面具有重要的理论意义,对周边海域为浅海的我国海防具有实战价值。     

基于导航雷达海面回波图像去噪研究

根据海面X波段雷达回波图像数据的时空特点,提出了一种新的去噪方法。该方法利用线检测对雷达图像中的射线状噪声进行分离,然后针对这种特殊的噪声形式提出一种阈值分割的方法,最后在极坐标下针对噪声点进行插值修复。实验表明,与传统的均值滤波和中值滤波等方法相比,新方法无论在主观视觉还是信噪比方面,都有了一定改进,图像保留了更多的细节信息,具有较好的去噪效果。     

基于地震动–磁场信息融合的舰船目标跟踪

舰船目标多为铁磁性材料构成,运动过程中会产生磁、地震动等多物理场信号,针对当前舰船目标的单物理场跟踪性能有限以及跟踪性能易受观测野值影响的问题,基于多节点的地震动信息和磁场信息,提出了一种鲁棒的地震动–磁场信息融合的跟踪算法.仿真和试验结果表明:此算法能够有效降低异常观测值带来的影响,由于双节点三分量磁场的信息是完备的...     

基于高频雷达回波谱多特征融合的浪高反演算法

高频地波雷达海洋回波谱的 Bragg 峰和二次谐波峰中,均蕴含着浪高信息,因此发展出了基于 Bragg 峰功率 （Power of Bragg Peak,PB）、二次谐波峰与 Bragg 功率比 （Power Ratio of Second Harmonic Peak to Bragg Peak,RSB）、双频 Bragg 峰功率比 （Power Ratio of Dual Frequency Bragg Peak,RDB） 等浪高反演算法。然而,三种算法均无法实现不同海况、不同距离下浪高的精确反演。本文研究发现,PB 算法适用于低海况,RSB 算法在近距离高海况下表现良好,而 RDB 算法适用于远距离测量,即三种算法高性能测量区间存在强互补性。在此基础上,本文提出了一种基于多特征 （PB、RSB 和 RDB） 融合的浪高反演算法,其中采用反向传播（Back Propagation,BP） 神经网络作为特征融合器。实验表明：本文算法在测量精度、波高适应范围、距离适应范围上均优于现有波高反演算法。     

模式与雷达外推结果融合在山东半岛降水预报中的应用初探

利用中国气象局模式格点化预报3h降水数据以及山东省的灾害天气短时临近预报预警业务系统(Severe weather auto-matic nowcast system,简称SWAN)提供的降水估计产品,基于动态融合算法改进权重分配方式,对山东半岛2016-2018年9个降水实例20个时刻点的预报结果进行融合,结果表明:...     

基于X波段导航雷达近海回波图像插行修复技术研究

主要研究在连续的X波段导航雷达图像序列丢失一行数据状态下的一种快速修复算法。该算法主要采用基于运动估计与运动补偿的视频序列修复技术进行插行修复。具体步骤是根据雷达图像中像素点的运动特点,采用在小波域运动估计的方法查找在时间序列上相关的匹配块,并在修复的过程中引入这些查找到的匹配块的影响。实验表明,该算法对原始数据能够实现很好的逼近,保证了修复后数据的精度。     

基于模糊综合评判的海洋溢油污染评估模型研究

在分析总结相关研究成果的基础上,利用模糊综合评估方法,对溢油污染程度相关影响因素进行深入分析研究,对溢油污染程度评估指标体系进行改进和完善,提出溢油量和离岸距离两个影响因子新的隶属度函数,构建新的海域敏感区隶属度子集表并计算各指标的权重。最后,应用此模型对2002年渤海绥中36-1油田中心平台溢油事故进行评估,结果显示污染程度评估等级有明显提高,以期为海洋溢油污染评估提供科学依据,并通过提高污染评估等级引起人们对海洋环境的重视。     

虚拟正骨手法中多传感器信息融合算法研究

针对目前中医正骨手法的科学化、客观化的发展趋势,主要运用扩展卡尔曼滤波算法,分析在虚拟环境下中医正骨手法中骨折远端的位置、位移以及骨折远端相对移位生理角度等物理量,进行了虚拟正骨手法中目标模型的轨迹模拟,为中医正骨手法提供了1种实用的、可记录的研究平台     

利用机载探测设备研究云中零度层附近云雷达反射率 与液态含水量的关系

利用机载Ka波段云雷达(an airborne Ka-band Precipitation cloud Radar,KPR)与DMT(Droplet Measurement Technologies)粒子测量系统对山东一次积层混合云进行同步穿云观测。对获取的KPR资料进行飞行轨迹误差订正和数据插值处理,与DMT粒子测量系统计算的云中的液态含水量进行相关性研究。从试验飞行云层中选取了两段云区,共划分成9个时段(累计飞行18min)展开讨论,其中有3个时段相关性比较好,相关系数超过0.7,并且利用相关系数最大的时段拟合出KPR反射率与云中液态含水量之间的关系式。针对每个时段的粒子特征参数、云滴谱型、冰晶谱型及典型粒子图像展开详细分析,结果表明,较强相关性时段内,大云滴浓度要高于小云滴,且观测粒子多为小于100μm的小粒子;较弱相关性时段,CIP(Cloud Imaging Probe)探头观测到的粒子多为针状或板状冰晶,尺度为毫米量级。     

随机时差证据及海洋地震信息判定级融合问题的研究

由于各自独立证据源采集信息的种类、时刻和周期都不同,组合时多元证据间时差呈随机性,若直接使用D-S组合规则,可能产生与知觉相悖的结果.文中使用时效函数衡量证据有效性与时间关系,并将其引进信任函数,用于地震信息判定级融合评估,仿真实验取得有意义结果.     

对东沙岛基于融合信息高分辨遥感影像分类研究

以SPOT510m多光谱高分辨率影像为数据基础,建立东沙岛地物信息提取的时空属性和地学规律等先验知识,在此基础上选取地物样本,并进行东沙岛地物光谱分析,从而进行东沙岛的融合信息分析,减少信息提取的误差,使解译的精度提高,结果表明,以先验知识为基础选取的样本光谱能够较好地反映地物光谱的信息含量;高分辨率影像能反映东沙岛的地物特征,并且在影像上能够反应东沙岛潟湖、口门等的发育状态,有效地揭示了地物的区分和地貌发育特征.以此进行的分类结果具有合理性;Kappa分析的分类精度达78.33%.     

近海测波多传感器优化配置模拟与设计研究

研究了测波浮标中GPS传感器和加速度传感器共同作用下对近海测波的影响。介绍了测波浮标数据采集系统的基本框架和硬件设计;为提高测波浮标系统的测量精度,对多传感器进行了优化配置和信息的融合处理,并通过仿真验证了该设计性能的优越性。     

基于相似度模型的可融合兴趣点分类研究

研究了如何进一步提高兴趣点(POI)信息融合结果的准确性问题。定义了POI各个特征字段的相似度,并根据这些相似度构造出了POI相似模型,结合机器学习中的分类方法对网上抽取的POI进行分类,有效地区分出可融合、不可融合的POI。最后利用美团团购网上的信息仿真,仿真结果说明了本方法的有效性。     

基于X波段雷达的表层流估计算法初步研究

对X渡段雷达记录的连续雷达图像进行分析,能够获取海浪和表层流信息.不存在海洋表层流情况下,雷达图像的谱能量分布在静水频散关系确定的平面上,而雷达相时海浪场的运动(比如表层流)使雷达图像的谱能量分布产生多普勒频移,对此频移进行最小二秉拟合.可以确定表层流的大小和方向.