Polarimetric scattering from a two-dimensional improved sea fractal surface

This paper studies the influence of wind parameters and fractal dimension from an improved two-dimensional sea fractal surface on the polarimetric scattering by using facet integration.A two-dimensional improved sea surface simulated is discretized into three matrices of sea surface facets including a height matrix and two slope matrices on orthogonal directions.Based on the Kirchhoff approximation,the polarimetric scattered field is derived in the Cartesian coordinate system by integration of three matrices mentioned above.Finally,the fully polarised radar cross section is numerically simulated and the dependence of the polarimetric scattering on the sea fractal surface,such as the wind speed,the wind direction,as well as the fractal dimension,is discussed in detail.     

海杂波背景下小目标检测的分形方法

针对海杂波背景下小目标检测对海情依赖性强的问题, 本文采用分数布朗运动模型对实测海杂波建模, 结合多重分形去势波动分析法确定分形参数, 分析了海杂波的单尺度、多重分形特性. 在单尺度分形的基础上, 利用表征海杂波分形特征的分数维和Hurst指数构建了分形差量, 提出了基于分形差量的小目标检测方法;在多重分形基础上, 比较了两种海杂波的高尺度多重分形特性. 结果表明, 当尺度q > 10时, 纯海杂波的多重分形参数H(q) < 0, 而存在小目标的H(q) > 0, 此差异性为高尺度分形参数的海杂波背景小目标检测提供了判定依据. 所研究的两种方法均能实现不同海情下的小目标检测.     

A two scale nonlinear fractal sea surface model in a one dimensional deep sea

Using the theory of nonlinear interactions between long and short waves,a nonlinear fractal sea surface model is presented for a one dimensional deep sea.Numerical simulation results show that spectra intensity changes at different locations(in both the wave number domain and temporal-frequency domain),and the system obeys the energy conservation principle.Finally,a method to limit the fractal parameters is also presented to ensure that the model system does not become ill-posed.     

基于未充分发展海谱的分形海面模型及其电磁散射研究

重构了未充分发展的完全海谱(NDFSS)，提出了一种更符合海面实际情况的基于NDFSS的分形模型(NDFFM)，使用双尺度法计算了NDFFM海面的后向雷达散射截面(BRCS)，详细讨论了NDFFM海面各形成参数与BRCS的关系.将计算数据与传统的分形模型和实测雷达数据进行比对，证明了该模型的准确性和有效性. 关键词： 未充分发展 完全海谱 分形模型 双尺度法     

海杂波FRFT域的分形特征分析及小目标检测方法

针对海杂波背景下海情对小目标检测的严重影响, 本文研究了实测海杂波在分数阶Fourier变换(FRFT)域的分形特征, 分别提出了单、高尺度下的分形检测方法. 由数学定义推得, FRFT 在不同阶数和尺度情况下, 不具有一致的自相似特性, 采用多重分形趋势波动分析法确定分形参数H(q), 分析了海杂波在不同海情、距离和极化条件下的分形特征. 在单尺度基础上结合FRFT的变阶优势, 提出了阶数自适应的小目标检测方法; 高尺度条件下, 比较了不同因素对海杂波FRFT域多重分形参数的影响. 结果表明:海杂波FRFT域可用变换阶数的方法检测到湮没在复杂海情中的小信号, 检测门限多数提高200%以上, 比采用时域信号提高26.3%. H(q) 在负高尺度上具有明显的多重分形特征差异, H(q)-q曲线满足反正切分布, 纯海杂波与含目标数据的拟合幅值比分别大于1.8(HH)和1.4(VV), 为海杂波背景小目标检测提供了判定依据.     

一种混沌海杂波背景下的微弱信号检测方法

基于复杂非线性系统的相空间重构理论,提出了一种基于遗传算法的支持向量机预测方法.利用改进的自相关法和饱和关联维数法确定混沌信号的时间延迟和嵌入维,从而实现相空间重构.通过遗传算法优化支持向量机中的惩罚系数和核函数参数,并结合支持向量机建立混沌序列的单步预测模型,从预测误差中检测出淹没在混沌背景中的微弱信号(包括瞬态信号和周期信号).以Lorenz系统和加拿大McMaster大学利用IPIX雷达实测得到的海杂波数据作为混沌背景噪声进行仿真实验,结果表明该方法能够有效地从混沌背景噪声中检测出微弱目标信号,所得的均方根误差为0.00049521(信噪比为-89.7704 dB),这比传统支持向量机方法的均方根误差(0.049,信噪比为-54.60 dB)降低了两个数量级.     

改进的二维分形模型在海面电磁散射中的应用

提出了一种改进的二维分形海面模型，其表面谱函数在空间波数小于基波波数及大于基波波数时分别满足正幂率关系和负幂率关系.通过比较可以发现在不同风速时，改进模型的空间自相关函数及表面轮廓谱和有关文献结果有较好的吻合.在满足Kirchhoff近似条件下推导了改进分形模型的散射系数及散射强度系数的计算公式并进行了数值计算，比较了改进模型和经典模型的后向散射强度系数角分布并详细讨论了它们随入射频率、海上风速和风向的变化. 关键词： 改进分形模型 粗糙海面 电磁散射 Kirchhoff近似     

双尺度动态分形粗糙海面的电磁散射及多普勒谱研究

利用更为符合海面实际散射场计算的双尺度法分析并计算了一维动态分形粗糙海面的后向散射截面，同时与微扰法有关结果进行了比较.研究了动态分形海面后向散射信号的多普勒谱分形特征，分析了不同极化状态下后向散射截面和多普勒谱谱宽随入射角及分维的变化规律，最后详细讨论了多普勒谱中心频率与海面Bragg谐振频率间的关系. 关键词： 双尺度模型 分形海面 电磁散射 多普勒谱     

基于分形特征的复杂背景下扩展目标检测

 将分形面积度量和分形拟合误差相结合,提出一种复杂背景下扩展目标检测方法。运用分形面积度量进行目标和背景的边缘检测,并结合扩展目标特性确定目标所在区域范围,实现初检。计算原始图像各像素分形拟合误差特征,并运用概率松弛迭代法进行分形特征增强,利用增强特征进一步抑制初检结果中的自然背景。最后运用数学形态学操作剔除背景粘连,实现扩展目标精确检测。实验结果表明:该方法能够有效、可靠地检测复杂背景下的扩展目标,并能较好保持目标的外形轮廓。     

Numerical study of electromagnetic scattering from one-dimensional nonlinear fractal sea surface

In recent years, linear fractal sea surface models have been developed for the sea surface in order to establish an electromagnetic backscattering model. Unfortunately, the sea surface is always nonlinear, particularly at high sea states. We present a nonlinear fractal sea surface model and derive an electromagnetic backscattering model. Using this model, we numerically calculate the normalized radar cross section (NRCS) of a nonlinear sea surface. Comparing the averaged NRCS between linear and nonlinear fractal models, we show that the NRCS of a linear fractal sea surface underestimates the NRCS of the real sea surface, especially for sea states with high fractal dimensions, and for dominant ocean surface gravity waves that are either very short or extremely long.     

近海面大气折射对红外探测距离的影响

基于几何光学和抛物线近似方法建立光线传播轨迹数学模型,计算最大探测距离（MIVR）,并分析蜃影出现的成因。通过数值分析及海上试验的对比验证,结果表明：在相同的风速条件下,MIVR会随海气温差的增大而减小;当海气温差不变时,随着风速的增大,MIVR逐渐减小;海气温差越大,MIVR的递减量越趋于平缓;MIVR与高度位置的对应关系几乎是一条标准的直线,且MIVR随着高度参数的减小而递减;通过与试验数据的对比,模型评估MIVR的准确率较高。     

近海面大气折射对红外探测距离的影响

 基于几何光学和抛物线近似方法建立光线传播轨迹数学模型,计算最大探测距离（MIVR）,并分析蜃影出现的成因。通过数值分析及海上试验的对比验证,结果表明：在相同的风速条件下,MIVR会随海气温差的增大而减小;当海气温差不变时,随着风速的增大,MIVR逐渐减小;海气温差越大,MIVR的递减量越趋于平缓;MIVR与高度位置的对应关系几乎是一条标准的直线,且MIVR随着高度参数的减小而递减;通过与试验数据的对比,模型评估MIVR的准确率较高。     

基于分形特征的复杂背景下扩展目标检测

将分形面积度量和分形拟合误差相结合,提出一种复杂背景下扩展目标检测方法。运用分形面积度量进行目标和背景的边缘检测,并结合扩展目标特性确定目标所在区域范围,实现初检。计算原始图像各像素分形拟合误差特征,并运用概率松弛迭代法进行分形特征增强,利用增强特征进一步抑制初检结果中的自然背景。最后运用数学形态学操作剔除背景粘连,实现扩展目标精确检测。实验结果表明:该方法能够有效、可靠地检测复杂背景下的扩展目标,并能较好保持目标的外形轮廓。     

混沌海杂波背景下的微弱信号检测混合算法

基于经验模态分解理论, 提出了一种基于粒子群算法的支持向量机预测方法. 采用总体平均经验模式分解法将混沌信号分解为若干固有模态函数和趋势分量, 将复杂的非线性信号转化为具有不同尺度特征的平稳分量. 利用粒子群算法对支持向量机的惩罚系数和核函数进行优化, 结合支持向量机建立混沌序列的单步预测模型. 从预测误差中检测淹没在混沌背景中的微弱信号(包括瞬态信号和周期信号). 对Lorenz系统和实测IPIX雷达数据进行仿真实验, 结果表明, 该方法能够有效地从混沌背景噪声中检测出微弱目标信号, Lorenz系统得到的均方根误差0.000000339 (-102.8225 dB时)比传统支持向量机方法的均方根误差0.049 (-54.60 dB时)降低了5个数量级, 从海杂波中检测出具有谐波特性的微弱信号, 表明预测模型具有更低的门限和误差.     

Infrared dim target detection technology based on background estimate

Accurate and fast detection of infrared (IR) dim target has very important meaning for infrared precise guidance, early warning, video surveillance, etc. In this paper, two new algorithms – background estimate and frame difference fusion method, and building background with neighborhood mean method are presented. The basic principles and the implementing procedure of these algorithms for target detection are described. Using these algorithms, the experiments on some real-life IR images are performed. The whole algorithm implementing processes and results are analyzed, and those algorithms for detection targets are evaluated from the two aspects of subjective view and objective view. The results prove that the proposed method has satisfying detection effectiveness and robustness. Meanwhile, it has high detection efficiency and can be used for real-time detection.     

海杂波背景下的目标检测新方法

提出了一种基于分形布朗运动模型的S波段雷达海杂波分形维数提取方法.分析了基于记忆库混沌时间序列预测方法，引入一种改进核函数的支持向量机分类器.在此基础上，提出了一种新的海杂波背景下目标检测方法.应用S波段雷达实测海杂波数据，计算得到了该信号的分形维数与Lyapunov指数，验证了S波段雷达海杂波的混沌分形特性.仿真实验结果验证了该方法具有较强的检测能力和抗杂波性能. 关键词： 分形布朗运动 分形维数 记忆库预测方法 支持向量机分类器     

基于FRFT域分形特征的压制干扰存在性检测（英）

基于分数阶傅里叶变换（FRFT）域的分形特征研究压制干扰的存在性检测问题。首先,分析了典型的三种压制干扰的分形特征,说明了典型压制干扰信号具有分形特性,并采用盒维数和信息维数定量描述它们的分形特征。然后,发现了压制干扰和高斯白噪声在FRFT域具有不同的分形特征,进而提出了一种检测压制干扰存在性的方法。最后,仿真验证了该方法的有效性和优越性。     

基于衍射光学元件的红外弱目标探测系统设计

根据非制冷焦平面阵列（FPA）探测器性能参数以及所需探测红外弱目标的大小与探测距离,计算并设置了系统参数,设计并研制了与之相匹配的长波红外光学系统,实现了对红外弱目标的探测。该红外光学系统基于6°×6°视场角,采用像方远心光路来实现。分析与计算结果表明,采用衍射非球面设计的由两片Ge镜片组成的红外弱目标探测光学系统具有重量轻、系统能量传输效率高和像质优良的优势。与三片球面Ge-AMTIR1-Ge红外光学系统相比,系统质量轻25%,能量传输效率高7%;与常规非球面Ge-Ge透镜系统相比,像质改善50%。比较结果显示,可见衍射非球面光学元件在红外弱目标探测系统中具有较好的应用前景。     

Analysis of multiple scattering from two-dimensional dielectric sea surface with iterative Kirchhoff approximation

<正>An iterative method in the Kirchhoff approximation is proposed for high frequency multiple electromagnetic scattering from two-dimensional dielectric sea surface.The multiple interaction of the scattering field is characterized with the corrected electromagnetic currents of the wind-driven sea surface.The actual surface currents are approximated with the iterative solution of the corrected currents.A newly developed sea spectrum,Elfouhaily spectrum,is utilized to build the sea surface model.The shadowing correction is improved by the Depth-Buffer algorithm.The validity of the iterative Kirchhoff approximation is verified by the agreement of backscattering coefficients with the measured data.     

A novel evaluation metric based on visual perception for moving target detection algorithm

Traditional performance evaluation index for moving target detection algorithm, whose each index’s emphasis is different when it is used to evaluate the performance of the moving target detection algorithm, is inconvenient for people to make an evaluation of the performance of algorithm comprehensively and objectively. Particularly, when the detection results of different algorithms have the same number of the foreground point and the background point, the algorithm’s each traditional index is the same, and we can’t use the traditional index to compare the performance of the moving target detection algorithms, which is the disadvantage of traditional evaluation index that takes pixel as a unit when calculating the index. To solve this problem, combining with the feature of human’s visual perception system, this paper presents a new evaluation index-Visual Fluctuation (VF) based on the principle of image block to evaluate the performance of moving target detection algorithm. Experiments showed that the new evaluation index based on the visual perception makes up for the deficiency of traditional one, and the calculation results are not only in accordance with visual perception of human, but also evaluate the performance of the moving target detection algorithm more objectively.