特征协助跟踪的多基地声呐网络结构化深度区分特征研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61671388
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0115.水下信息感知与处理
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

To overcome the problems such as high clutter rate, and dim target with low detection rate sensors in multistatic sonar network, increasing attention has been paid to preprocessing technology for feature aided tracking, which suppresses the clutter by using the correlation between features derived from the return and the target, and provides more suitable representation. In this regard, this project proposes a structured deep discriminative feature learning paradigm for feature aided tracking, which takes together both horizontal combination and vertical mining of multiple sensors and features. First, we will establish a unified probability distribution representation for multistatic sonar features, and study their statistical similarity measure to fully measure the discrepancy between two distributions while allowing for some perturbation of each distribution. Then, based on the idea of structured sparsity, we will study the modeling and learning strategy for structured complementary features, reasonably fusing the multilevel complementary information of features of different sensors and types, and effectively suppressing the clutter. Moreover, based on the idea of unsupervised deep learning, we will also study the modeling and learning strategy for high order discriminative features, further capturing the abstract high order discriminative power in the network features, while improving the adaptability of learnt features to the deployed marine environment. Finally, the proposed paradigm will be applied to several typical trackers, so as to evaluate its effectiveness in target tracking. These studies will effectively suppress the clutter, while significantly improve the target measure quality and tracking performance, which is of great importance to safeguarding national marine sovereignty and upgrading the navy’s combat power.
为克服多基地声呐网络杂波率高、目标微弱、传感器检测概率低等问题,业界日益重视特征协助跟踪的预处理技术,以利用回波特征与目标的相关性,抑制杂波,提供更适宜的表征。对此,本项目提出特征协助跟踪的结构化深度区分特征学习范式,综合考虑多传感器、多特征间的横向融合与纵向挖掘。首先建立多基地声纳特征统一的概率分布表征,研究既能度量分布间的差异又能包容分布间扰动的统计相似性模型与学习策略;接着研究基于结构化稀疏的结构化互补特征的建模与学习,合理融合多传感器、多特征间的层次化互补信息,有效抑制杂波;此外,还将研究基于无监督深度学习的高阶区分特征的建模与学习,进一步捕获网络特征中抽象的高阶区分性,改善学得的特征对所部署的海洋环境的自适应性;最后,将其接入各种典型跟踪器,仿真评估其目标跟踪效用。通过上述研究,可有效抑制杂波,显著提高目标测量质量与跟踪性能,对维护国家海洋主权、提升海军战斗力意义重大。

结项摘要

本项目严格按照研究计划开展系统研究工作,即建立结构化深度区分特征学习范式,基础特征的概率分布表征与统计相似性度量研究,基于结构化稀疏的结构化互补特征研究,基于无监督深度学习的高阶区分特征研究。并在任务所规定的四个研究内容均取得了相关创新性成果,具体内容如下:①为了能够刻画声纳性能作为几何布局函数的粗略特性,仿真实现了多基地声纳数据生成模型。在此基础上深入研究了多种多基地声呐网络多级融合跟踪架构,为获得鲁棒而高性能的监控提供了丰富的技术手段。②在多基地声呐网络基础特征、目标与干扰特性深入研究的基础上,提出一种高效的时间维高阶间隙度特征用以刻画高背景杂波下的微弱目标。此外,将其扩展到多假设跟踪中,显著改善了目标跟踪与环境杂波抑制的效能。③为使学习器能够更好的发掘不同性质的特征与来自不同传感器的特征间潜在的一致性与多样性,并从中受益,我们提出将层次化聚类过程引入到标准的多核学习框架中,并将1-D的矢量融合推广到2-D的矩阵范数约束下的结构化融合。并系统分析了算法的Bousquet和Elisseeff稳定性边界。④研究了基于卷积神经网络的微弱信号检测和恢复问题。提出了一种由深卷积神经网络及其可视化组成对应的新框架。结合特定设计的多任务损失,可实现端到端的训练同时实现对微弱信号的检测和恢复。利用这一深层结构,低信噪比的性能极限可达到平均-24dB,某些情况下为-26dB。在对项目的深入执行过程中,我们系统梳理了目标微弱、环境背景杂波率高、传感器测量误差高度非线性等水声探测的三大挑战性难题,据此作为项目负责人申获国家级项目 5 项,总经费1200余万;作为第一/通信作者发表SCI论文7篇;作为第一/通信作者发表中文核心期刊论文4篇,作为第一完成人受理发明专利8项;培养博士研究生2名,硕士研究生9名;本项目中主持研发的5项技术在海军研究院与上海船舶电子设备研究所等行业研究所得到应用,获省部级奖励3项。成果突出,国防应用前景大。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
基于元启发算法的纯方位被动定位方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水下无人系统学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵伟康;韩一娜;杨益新;刘清宇
  • 通讯作者:
    刘清宇
多基地声纳融合探测关键技术研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水下无人系统学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张浩宇;韩一娜;赵伟康;杨益新;刘清宇
  • 通讯作者:
    刘清宇
多假设跟踪中的高效匈牙利算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水下无人系统学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵伟康;韩一娜;张浩宇;杨益新;刘清宇
  • 通讯作者:
    刘清宇
特征协助的水声融合探测技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水下无人系统学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩一娜;杨益新;刘清宇;马远良
  • 通讯作者:
    马远良
Detecting Moving Targets in Active Sonar Echograph of Harbor Environment using High-order Time Lacunarity
利用高阶时间间隙检测港口环境主动声纳回波仪中的运动目标
  • DOI:
    10.1121/10.0000970
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    The Journal of the Acoustical Society of America
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shuang Zhao;Yina Han;Qingyu Liu;Haining Huang
  • 通讯作者:
    Haining Huang

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其他文献

A general superdirectivity model for arbitrary sensor arrays
任意传感器阵列的通用超方向性模型
  • DOI:
    10.1186/s13634-015-0250-x
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Eurasip Journal on Advances in Signal Processing
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    杨益新;何正耀;韩一娜;马远良
  • 通讯作者:
    马远良

其他文献

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韩一娜的其他基金

港口水下入侵小目标环境感知探测与运动声流编码研究
  • 批准号:
    62071390
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于贝叶斯多核学习的多基地声纳信息预探测融合研究
  • 批准号:
    61301198
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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