兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 240282-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0282
韩燕文1, 闫晓鹏1, 高晓峰2, 伊光华1, 代健1,*()
收稿日期:
2024-04-12
上线日期:
2025-03-26
通讯作者:
基金资助:
HAN Yanwen1, YAN Xiaopeng1, GAO Xiaofeng2, YI Guanghua1, DAI Jian1,*()
Received:
2024-04-12
Online:
2025-03-26
摘要:
针对传统调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)引信探测维度低、方位分辨能力弱导致目标识别能力不足的问题,提出基于运动阵列微波成像与多尺度可变形卷积网络(Multi-Scale Deformable Convolutional Networks,MSDCN)的引信目标识别方法。在充分分析引信运动过程中回波相位变化规律的基础上建立FMCW运动阵列天线模型,通过运动合成扩充引信天线虚拟阵元数,大幅度提升引信方位向分辨率,实现目标距离-方位的二维高分辨成像。同时,深入分析弹目交会过程中由于目标位置、姿态、距离等状态变化形成的图像多尺度特性,构建MSDCN目标识别模型,提高引信对复杂动态交会场景下目标成像多尺度特性的自适应识别能力。实验结果表明,该方法能够显著提高引信方位分辨能力,在不同目标场景下均取得较好的成像和识别效果,对典型目标多尺度像识别准确率达到94%,-6dB信噪比时目标识别准确率仍能达到88%。
中图分类号:
韩燕文, 闫晓鹏, 高晓峰, 伊光华, 代健. 基于运动阵列微波成像与多尺度可变形卷积网络的引信目标识别方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240282-.
HAN Yanwen, YAN Xiaopeng, GAO Xiaofeng, YI Guanghua, DAI Jian. Fuze Target Recognition Method Based on Motion Array Microwave Imaging and Multi-scale Deformable Convolutional Network[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 240282-.
载频/ GHz | 带宽/ GHz | 采样频率/ MHz | 采样点数 | 调制周 期/μs | 调制斜率/ (MHz·μs-1) |
---|---|---|---|---|---|
77 | 3 | 10 | 512 | 50 | 80 |
表1 距离-方位角估计的仿真参数
Table 1 Simulation parameters of range-azimuth estimation
载频/ GHz | 带宽/ GHz | 采样频率/ MHz | 采样点数 | 调制周 期/μs | 调制斜率/ (MHz·μs-1) |
---|---|---|---|---|---|
77 | 3 | 10 | 512 | 50 | 80 |
算法:多尺度特征融合可变形卷积网络(MSDCN) |
输入:距离-方位角灰度图I (200,200)。 |
1.卷积核conv0(8@3×3),RELU激活层和可变形ROI池化(2×2),输出:特征图0(8×100×100); |
2.输入:特征图0;卷积核conv1(16@3×3),RELU和可变形ROI池化(2×2),输出:特征 |
3.输入:特征 |
4.最大池化方法将输入I、特征图0、特征 |
5.全连接层输出FC layer 0、FC layer 1、FC layer 2,加权融合后输入Softmax激活层得到预测概率。 |
输出:成像灰度图的目标标签。 |
表2 MSDCN网络算法流程
Table 2 MSDCN network algorithm flow
算法:多尺度特征融合可变形卷积网络(MSDCN) |
输入:距离-方位角灰度图I (200,200)。 |
1.卷积核conv0(8@3×3),RELU激活层和可变形ROI池化(2×2),输出:特征图0(8×100×100); |
2.输入:特征图0;卷积核conv1(16@3×3),RELU和可变形ROI池化(2×2),输出:特征 |
3.输入:特征 |
4.最大池化方法将输入I、特征图0、特征 |
5.全连接层输出FC layer 0、FC layer 1、FC layer 2,加权融合后输入Softmax激活层得到预测概率。 |
输出:成像灰度图的目标标签。 |
载频/ GHz | 带宽/ GHz | 调制斜率/ (MHz·μs-1) | 采样频率/ MHz | 采样 点数 | 滑轨速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
77 | 3.398 | 68 | 11.6 | 512 | 0.438 |
表3 毫米波FMCW传感器实验参数
Table 3 Experimental parameters of millimeter wave FMCW sensor
载频/ GHz | 带宽/ GHz | 调制斜率/ (MHz·μs-1) | 采样频率/ MHz | 采样 点数 | 滑轨速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
77 | 3.398 | 68 | 11.6 | 512 | 0.438 |
SNR /dB | MSDCN | DCN | U-Net | ResNet-18 | Dense Net-21 |
---|---|---|---|---|---|
-14 | 0.19 | 0.18 | 0.19 | 0.19 | 0.2 |
-12 | 0.21 | 0.22 | 0.23 | 0.22 | 0.25 |
-10 | 0.35 | 0.29 | 0.31 | 0.3 | 0.26 |
-8 | 0.65 | 0.49 | 0.62 | 0.64 | 0.65 |
-6 | 0.88 | 0.8 | 0.82 | 0.87 | 0.85 |
-4 | 0.92 | 0.85 | 0.89 | 0.9 | 0.9 |
-2 | 0.93 | 0.9 | 0.92 | 0.93 | 0.91 |
0 | 0.94 | 0.92 | 0.93 | 0.93 | 0.93 |
2 | 0.95 | 0.94 | 0.94 | 0.93 | 0.95 |
4 | 0.95 | 0.93 | 0.94 | 0.94 | 0.95 |
表4 不同SNR下识别准确率
Table 4 Recognition accuracy under different SNRs
SNR /dB | MSDCN | DCN | U-Net | ResNet-18 | Dense Net-21 |
---|---|---|---|---|---|
-14 | 0.19 | 0.18 | 0.19 | 0.19 | 0.2 |
-12 | 0.21 | 0.22 | 0.23 | 0.22 | 0.25 |
-10 | 0.35 | 0.29 | 0.31 | 0.3 | 0.26 |
-8 | 0.65 | 0.49 | 0.62 | 0.64 | 0.65 |
-6 | 0.88 | 0.8 | 0.82 | 0.87 | 0.85 |
-4 | 0.92 | 0.85 | 0.89 | 0.9 | 0.9 |
-2 | 0.93 | 0.9 | 0.92 | 0.93 | 0.91 |
0 | 0.94 | 0.92 | 0.93 | 0.93 | 0.93 |
2 | 0.95 | 0.94 | 0.94 | 0.93 | 0.95 |
4 | 0.95 | 0.93 | 0.94 | 0.94 | 0.95 |
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