强对流临近预报业务平台的设计研制及应用

本文介绍了哈尔滨机场基于多普勒天气雷达、进行雷达回波自动外推的强对流临近预报业务平台。该业务平台充分利用多普勒天气雷达、局域网络等设备资源,采用交叉相关算法,通过分析回波在连续时次的空间最优相关,计算回波的移动矢量特征,根据移动矢量特征推算回波未来0-1h位置和形状,进而发布强对流临近预报预警。经应用表明,该平台外推的回波图像与实际状况接近,对雷雨季节开展航空气象服务工作具有较高的应用价值。     

基于深度卷积神经网络的气象雷达噪声图像语义分割方法

针对新一代多普勒气象雷达的散射回波图像受非降雨等噪声回波干扰导致精细化短时气象预报准确度降低的问题,该文提出一种基于深度卷积神经网络(DCNN)的气象雷达噪声图像语义分割方法。首先,设计一种深度卷积神经网络模型(DCNNM),利用MJDATA数据集的训练集数据进行训练,通过前向传播过程提取特征,将图像高维全局语义信息与局部特征细节融合;然后,利用训练误差值反向传播迭代更新网络参数,实现模型的收敛效果最优化;最后,通过该模型对气象雷达图像数据进行分割处理。实验结果表明,该文方法对气象雷达图像的去噪效果较好,与光流法、全卷积网络(FCN)等方法相比,该文方法对气象雷达图像中真实回波和噪声回波的识别准确率高,图像的像素精度较高。     

基于改进PFA的车载大斜视SAR成像算法

为了应对车载毫米波雷达大斜视成像困难的问题,本文提出一种改进的极坐标格式算法（Polar Format Algorithm, PFA）对条带车载毫米波雷达斜视回波进行基于子孔径拼接的成像。该算法从条带数据与聚束数据的特点出发,将全孔径回波划分为子孔径,利用PFA处理子孔径数据。由于PFA存在波前弯曲误差,子图像不能直接拼接,因此对每一幅子图像进行几何失真校正。同时,以重叠子孔径的划分方式保证成像结果的高分辨率。最后截取子图像进行拼接得到条带SAR成像结果。所提方法解决了车载毫米波雷达大斜视情况下两维耦合严重的问题。通过对点目标和实测数据的仿真与分析验证了所提方法的有效性。     

新一代天气雷达S型回波强度的定标细则

根据天气雷达的气象方程,结合多年来关于天气雷达的适配参数测量、系统调整和回波强度定标的实践经验,并广泛地综合新一代天气雷达(CINRAD)设计人员的建议,给出了CINRAD-S回波强度的定标原理、工作流程和定标细则,特别是CINRAD-S定标相关的适配参数分析,列举了定标结果,这对CINRAD准确探测天气回波具有重要的意义.     

基于深度学习理论雷达图像中对流云区识别算法的研究

为解决对流性天气系统影响对流云区域的自动识别及分割问题，将深度学习理论用于天气雷达探测特征天气系统领域，提出一种对流云区识别算法。首先，将雷达基数据坐标转换算法以极坐标存储的原始数据转化为地理坐标，利用四线插值算法补足探测盲点，建立完整的三维数据场，结合算法需要生成垂直最大回波强度显示分析产品，标注后形成实验数据集；其次，建立U-Net网络架构的算法模型，经过训练和调参的实验过程，找到识别效果最佳的模型网络组成；最后，通过系列评价指标获取识别分割效果的统计数值支撑。实验结果表明，文中方法能够准确地识别并分割出对流云区域，特别是相对面积较大的区域。     

提高天气雷达探测能力的互相关方法和中值滤波技术

应用双偏振天气雷达探测天气信号的方法备受国内外气象科技领域人员的关注。目前,双偏振天气雷达的双通道同时收发体制是由功分器将发射通道的能量等分为水平和垂直两路发射通道,其结果会使每个通道发射能量减半,又由于接收机产生的噪音能量是不变的,必然引起回波信噪比减弱,减弱值约为3 dB。为了避免3 dB损失带来的不利影响, 需改进双偏振雷达的探测性能。将双偏振雷达回波信号中的双通道信号间的互相关信息、单通道信号自身的信相关信息及每个信号自身的能量信息求和,再将结果与预先设置好的阈值进行比较。如果结果大于这个阈值,就认为这个信号是有效信号,否则就认为它是噪声并被滤除。文中利用X波段双偏振天气雷达数据,对比了引入互相关算法前后的探测效果,证明利用双通道信号互相关、单通道自相关及信号能量自身求和判断信号是否存在的效果较好;介绍了中值滤波技术,并利用中值滤波技术去除了天气回波中的点杂波,提高了双偏振天气雷达的探测性能。     

光学拼接系统中基于模板的图像配准

为了扩大成像系统的视场,设计了一套视场拼接系统。系统中,整个像面被分割成4部分,并分别由4个图像传感器接收,将4幅图像拼接可以获得完整的图像。将基于特征点的图像配准算法应用到光学拼接系统中,实现4幅图像的配准。由于4幅图像边缘有较严重的渐晕现象,为了提高图像配准的稳定性,提出了基于模板匹配的配准算法。将模板法和直接配准法的结果进行了对比,实验表明,模板法能够给出稳定的配准结果,从而能够保证配准的精度。     

基于改进ASIFT的可见光图像拼接研究

为了解决目前基于特征点的图像拼接算法在图像重叠度较低情况下,图像拼接效果差以及无法满足实时图像拼接的问题,提出了一种基于改进仿射—尺度不变特征转换(Affine Scale Invariant Feature Transform,ASIFT)的快速图像拼接算法,在特征点匹配过程中引入主分量分析(Principal Component Analysis,PCA)法进行处理,提出了一种PCAASIFT描述符对特征点重新进行描述。实验结果表明,与基于SIFT和SURF的拼接算法相比,该算法实现了高精度拼接,并且比传统ASIFT拼接算法提高了拼接的速度。     

雷达模拟训练系统A显数据模拟算法

在雷达日常操作训练中,模拟训练系统可以较好解决实装设备使用受限的问题。雷达回波 A 显数据模拟可以降低模拟训练系统成本并提高系统灵活性。本文提出一种模拟算法从 A 显呈现效果的逼真性、实时性与互操作性出发,将 A 显信息按距离分为五部分,分别结合雷达波束、海杂波统计数据、目标回波和系统增益等模型,根据信号幅度特征对雷达回波进行模拟。此外模拟算法可实时响应雷达操作指令,根据雷达不同工作状态实时更新 A 显数据。实验结果接近真实回波效果,满足一定的操作训练要求。     

相控阵天气雷达强度订正研究

相控阵天气雷达是大气探测领域的一个重要发展方向,有助于提高天气雷达的时空分辨率.文中分析了相控阵天气雷达的扫描特性,讨论了这些特性对气象回波强度造成的影响,提出了一种相控阵天气雷达强度的订正方法,并使用相控阵天气雷达的实测数据,以传统天气雷达几乎同时刻的回波作为基准,对订正前后的回波强度进行了数据对比.结果表明,订正后的回波强度与传统天气雷达的吻合度更好,该订正方法能有效提高相控阵天气雷达回波的准确性.     

一种基于高斯模型的自适应地物杂波滤波算法

在天气雷达信号处理中地物杂波滤除非常重要,地物杂波会造成有强烈回波的假象,对预报造成干扰.提出了一种基于高斯模型的自适应频域地物杂波滤波算法,并以天津站实际的雷达回波信号为例,对2种滤波器的效果进行了分析和比较.仿真结果表明,频域滤波算法能有效消除地物杂波和超折射,最大限度地保留了天气信号.     

基于P-K滤波的X波段雷达雨衰补偿研究

X波段天气雷达的回波信号经过降雨区时会存在偏振参量的衰减现象,偏正参量的衰减对雨量估计和气象天气分类等会产生影响,针对这一问题,本文提出一种结合了粒子滤波和卡尔曼滤波的方法（P-K滤波）。该方法首先对天气雷达回波数据中的差分传播相移参量利用P-K滤波算法进行滤波处理,进而利用订正的结果采用自适应算法对水平反射率因子进行衰减订正。利用P-K滤波算法和其他算法对相同的雷达数据进行处理对比,其结果表明,P-K滤波算法能够更有效地对差分传播相移进行衰减订正,其处理结果的平滑性和准确性更高,进而对水平反射率因子的衰减订正效果更好。     

基于多特征优选的图像拼接算法及系统设计

以无人机为平台的桥梁巡检方案能够减少人工、避免安全隐患、提高效率,为了解决该系统中图像拼接实时性和拼接质量之间的矛盾,本文提出一种基于多特征优选的图像拼接算法,并设计开发出了一套基于无人机桥梁巡检的图像采集拼接子系统,先利用简单特征对图像流进行快筛,然后利用复杂特征来保持准确率,并提高系统的鲁棒性,最后通过性能指标对图像拼接质量进行调节.在实验中,针对处理速度、准确率和鲁棒性等各方面因素,本文算法平均达到了83.34％的特征提取准确率.在调节系统性能指标后,图像拼接取得了满意的效果,具有一定实用价值.     

基于垂直投影特征的文档图像自动拼接算法

提出了一种基于垂直投影特征的文档图像拼接算法,即利用两幅待拼接的文档图像中的两组投影值,确定两幅文档图像的位置关系。该算法可自动拼接两幅文档图像成一幅完整的文档图像。实验结果验证了算法的有效性。     

一种用于增强拼接图像成像质量的数据处理系统

传统图像拼接技术往往由计算机完成图像数据的处理,但计算机系统存在尺寸大、成本高、便携性差的缺点,为此,设计一种基于图像增强算法的嵌入式系统。该系统由FPGA完成图像采集与增强处理,然后将优化后的两组图像传输给DSP,最终完成两组图像的拼接。设计图像增强算法,对拼接区域不同灰度条件下进行了分类处理,从而实现了对图像特征点的增强;设计基于特征点向量距离比较的匹配算法,从而优化了图像拼接效果。对比该系统的测试结果与传统算法的拼接效果可知,在灰度变化较小的图像区域中,两种方法的拼接结果基本一致;而在灰度变化较大的图像区域中,传统方法的平均处理造成了特征点区域弥散,从而产生一定的失真,相比之下,该系统在1,2,3特征区域拼接效果明显优于传统方法。     

基于FRFT域峰值特性的压制干扰检测算法

针对压制干扰的存在性检测问题,提出了一种适用于脉压雷达的基于FRFT域峰值特性的压制干扰检测算法。首先,从完整的雷达抗干扰系统角度考虑,提出了将压制干扰存在性检测与目标检测、干扰分类相结合的总体思路;其次,在充分分析FRFT域LFM信号和压制干扰信号峰值特性差异的基础上,选取回波信号在FRFT域的峰值阶次作为检测算法特征参数;然后,采用序贯判决算法对多段回波信号在FRFT域的峰值阶次进行判别,从而完成压制干扰的存在性检测。最后,通过仿真实验验证了算法的有效性。     

基于多相机系统标定的全景拼接算法研究

全景拼接技术是当前全景技术的重点,而多相机系统被越来越多的应用于全景技术中。文章提出了一种基于多相机系统标定的全景拼接方法,利用通过标定得到的相机系统相关参数,将多相机系统拍摄得到的图像进行畸变矫正与旋转变换处理,以提高全景拼接的效果。使用基于特征描述符的标定板对多相机系统进行标定,获得相机的内部参数和外部参数;利用Mercator投影,结合标定得到的内部参数对鱼眼图像进行畸变矫正,外部参数则用于对矫正后的图像进行旋转变换处理,使它们在同一世界坐标系下;用Harris算法对相邻待拼接图像的特征点进行检测匹配,进而拼接成全景图。通过实验验证,该全景拼接算法具有不错的拼接精度,没有出现误匹配的情况。     

一次大气波导过程天气雷达超视距海面回波分析

大气波导引起的反常地物回波是影响天气雷达数据质量的重要因素,本文针对大气波导对天气雷达海面回波的影响及应用,利用青岛多普勒天气雷达资料,结合探空数据对2014年7月18和19日一次大气波导过程造成的超视距海面回波进行了分析.通过分析处理探空剖面数据,得到18日20时存在表面波导,而雷达资料显示该时刻雷达存在明显的超视距海面回波.此次大气波导超视距过程持续约24 h,雷达超视距海面回波总体趋势是先从弱到强,再变弱直至消失,其空间分布和时间变化非常复杂.进一步基于实测雷达回波数据,采用抛物方程和粒子群算法反演获得了水平不均匀的大气波导剖面,比较了实测回波功率和以反演剖面为输入的计算回波功率,两者之间相差较小,表明基于天气雷达回波的大气波导反演方法具有有效性.     

X波段双基站多普勒天气雷达系统设计

X波段双基站多普勒天气雷达系统是一种新型气象探测雷达系统，主要用于测量降雨回波的三维风场。根据x波段天气雷达的功能要求及设备组成特点，采用波导缝隙天线及GPS系统解决了空间、相位、时间的三大同步问题，具有结构简单、价格低廉、工作可靠、灵敏度高等特点。还分析了确定系统性能指标的算法，并给出了基于GPs的具体工程实施方法，该系统有很好的推广价值。     

基于DEM数据的机载雷达地杂波仿真研究

基于合成孔径雷达(SAR)的工作过程,对舰船目标进行基于回波信号的SAR成像仿真。目标建模时采用小面单元模型,将建好的精细舰船3 D模型,根据 SAR系统参数和分辨率要求划分为小面单元,然后对面元进行散射截面的计算。在计算目标散射截面时,结合射线追踪法充分考虑了目标的一次散射,二次散射效应,使仿真图像更加符合真实的 SAR图像特征。根据面元散射截面和位置信息,结合雷达工作过程,生成回波。再运用 RD成像算法处理回波,得到最终的仿真图像。将实验仿真图像与真实 SAR 图像对比,验证文中仿真方法的合理性。