基于深度学习神经网络的SAR星上目标识别系统研究

实现对地面目标的智能识别,对一种基于深度学习的卷积神经网络(CNN)的星载合成孔径雷达(SAR)星上目标识别系统进行了研究。系统由星上和地面两部分组成。其中:地面部分进行网络结构设计、SAR图像数据预处理、CNN模型训练、模型压缩及上传;星上部分接收上传模型并解压缩、目标识别、识别后粗筛图像下传地面;地面进行人工筛查,筛查后的正确图像作为训练数据对CNN模型进行再训练,逐步获得精度更高的模型。提出的CNN架构为卷积层2个、下采样层2个、Dropout层3个、Flatten层1个、全连接层2个,最终输出标签11类。为使训练后的CNN模型能部署到卫星上使用,采用数据精度压缩和剪枝两种数据深度压缩方法以减小数据存储量和减低网络复杂度。在Keras深度学习开源库环境中实现设计的CNN模型,对运动和静止目标获取与识别(MSTAR)数据库中的11类军事目标识别的实验结果表明:识别和分类的效果良好,整体识别成功率达96.29%;模型能压缩至原来的1/13,精度损失小于2%。     

一种卷积神经网络非合作目标姿态测量方法

针对空间非合作目标姿态测量问题，提出一种基于卷积神经网络的非合作目标姿态视觉测量方法。该方法先设计特征提取网络并利用公开数据集进行预训练，用少量实际目标图像进行迁移学习，实现非合作目标图像高层抽象特征的自动提取；再设计基于回归模型的姿态映射网络，建立图像高层特征与三轴姿态角之间的非线性关系，实现非合作目标的姿态测量。实验验证了两类特征提取网络测量精度和参数量大小，测量精度可达 0.711° (1σ),表明了“单目相机+卷积神经网络”方法的可行性。     

应用知识蒸馏的深度神经网络波束形成算法

自适应波束形成技术广泛应用于雷达领域的旁瓣抗干扰中。当回波数据量增多时,传统的波束形成算法无法进行快速处理,而应用深度神经网络模型通过数据的预训练则可以快速地进行波束形成,因此根据波束形成原理设计深度神经网络,并利用知识蒸馏的方式对深度神经网络进行压缩,使压缩后的模型既有原始模型良好的泛化性能而且又有更快的计算速度。仿真结果表明,相比于传统的LMS算法,在实验环境下,未经模型压缩的深度神经网络自适应波束形成算法的计算速度提高了约7倍,基于模型压缩的深度神经网络自适应波束形成算法的计算速度提高了约20倍。     

基于深度卷积神经网络的遥感影像目标检测

随着遥感影像数据规模的快速扩张,如何高效准确地识别遥感影像中的典型目标成为当前的研究热点。为解决传统遥感影像目标检测方法准确率低的问题,用基于深度卷积神经网络进行遥感影像目标检测,在遥感影像数据集上用基于Faster-RCNN的神经网络模型对VGG16卷积网络进行训练,对输入的遥感影像通过区域推荐网络标注出待检目标的包围框和置信度,实现对遥感影像的目标检测。以飞机和油罐为例,在TensorFlow深度学习框架下实现了数据预处理、网络训练、目标检测等功能,并在当前测试数据集上取得了较高的检测准确率和置信度。该研究成果可应用于遥感影像解译和处理等相关领域。     

飞行器气动参数智能在线辨识技术研究

气动参数辨识对于大气层内飞行器来说至关重要,通过在线气动参数辨识可规划更准确的飞行轨迹,并对控制参数进行自适应调整。传统辨识方法的模型较为复杂,运算量大,无法满足飞行器在线辨识的要求。而基于神经网络的智能参数辨识方法,不仅可以离线对网络模型进行训练,并利用历史飞行数据进行模型修正,也可在线时直接利用训练好的网络对参数进行快速调整,在保证参数估计精度的同时,保障参数估计的快速性。提出了一种基于支撑向量机(SVM)的样本扩充和神经网络参数在线快速修正方法。通过仿真和统计,证明了基于SVM的神经网络方法对飞行器气动参数进行在线快速智能辨识的可行性。     

基于卷积神经网络的航天复合材料缺陷智能检测

针对传统的缺陷图像识别处理方式存在着准确度与辨识度不足,且处理缺陷种类单一的问题,提出了一种基于Cascade R-CNN和Mask R-CNN的神经网络模型。首先,为了提高缺陷检测的可视化效果和检测准确度,在实例分割卷积网络Mask R-CNN的基础上,结合级联神经网络Cascade R-CNN结构,组合成了新的级联实例分割Cascade Mask R-CNN网络;其次,对组合而成的级联卷积神经网络进行了训练,将训练好的模型对复合材料缺陷图像进行了检测。实验结果表明:检测的平均准确度达到了91.5%,平均置信度达到了97.3%,达到了检测精度的要求。该研究成果可运用于航天复合材料缺陷识别。     

一种在轨卫星光学遥感舰船检测算法

为了解决资源有限的在轨处理环境对光学遥感舰船检测网络速度和精度的影响,提出了应用倒置残差结构的舰船检测算法。采用端到端网络作为基础模型,裁剪网络的层数和3/4通道数,构建2层卷积倒置残差模块,使用可分离卷积和1×1卷积对普通卷积层进行替换,只保留1个检测分支,使用金字塔检测方式实现多尺度目标检测网络。基于高分一号卫星数据集的试验结果表明:相较于当前的主流网络,算法模型在平均精度(AP)相差不大的情况下检测速度有很大提升。和YOLOv3相比,检测速度提升了72%,参数量减少了99.5%;和YOLOv2相比,检测速度和AP分别提升了58%和0.9。文章提出的算法可为计算资源极其有限的卫星在轨舰船检测实现提供有效的理论技术支撑。     

一种液体火箭发动机试车启动过程故障预警方法

针对某液体火箭发动机地面试车启动过程中故障样本数据稀少、故障预测和故障部件定位等问题,提出了一种基于注意力机制的卷积神经网络和长短时记忆网络的故障预警方法。首先,搭建了液体火箭发动机系统仿真模型,采用参数故障注入方法获取启动阶段的正常/故障样本;其次,通过卷积神经网络从输入样本中捕获局部特征,利用长短时记忆网络从特征中提取时序特征,进而预测出监测参数的潜在变化趋势;最后,基于故障诊断模型定位故障部件,实现发动机启动过程的故障预警。实验结果表明,该方法能够有效地对该火箭发动机启动阶段故障进行预警,具有工程应用价值。     

基于通道剪枝的SAR图像舰船检测优化算法

近几年,随着深度学习的发展,基于深度学习的目标检测算法开始应用于合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船检测。但深度学习模型结构复杂,参数量与计算量巨大,无法应用到星载处理器的实时处理中。本文提出一种结合了Faster-RCNN和卷积通道剪枝的舰船检测方法,在保证检测精度不受较大影响的情况下,剪除卷积层中的部分参数,提高检测效率。实验表明:经过剪枝优化的Faster-RCNN舰船检测模型中的参数量降低了约56%,而推理时间减少了约51%,同时精度下降仅有1.9%。这给未来在星载处理器上部署舰船检测算法提供了新的思路。     

星地协同光学遥感影像目标识别技术验证研究

为了提高光学遥感卫星信息处理的时效性,文章提出了星地协同光学遥感影像在轨目标智能识别技术框架。将基于遥感大数据的深度学习、神经网络模型训练等数据量大、运算量大、计算复杂、要求较高的处理任务部署在地面服务器,将深度学习训练得到的模型进行压缩并上注至卫星,卫星在轨利用轻量化模型对影像进行推理计算,最后把目标识别结果下传至用户。为了对所提出的技术框架进行验证,在高性能服务器和嵌入式开发板上进行了验证试验,利用YOLO-v5算法和DIOR遥感数据集进行了测试,结果表明:在模拟星载计算环境下,处理100km~2范围1m分辨率遥感影像耗时17.74s,平均精确度(Mean Average Precision,mAP)为87.2%。文章提出的星地协同智能目标识别技术框架实时性和精度上能够满足应用需求,具备一定的可行性,可以进一步开展在轨验证试验。     

无线自组网的可生存性技术问题探讨

介绍了无线自组网和网络可生存性的基本概念和内涵。阐述了无线自组网可生存性的特殊性及其要求。探讨了可用于增强无线自组网可生存性的相关技术,主要包括功率控制/拓扑控制、自适应技术、网络管理、异构网络互联和安全技术等。     

ZigBee无线网络星载应用可行性研究

针对当前卫星上存在电缆多、电气连接复杂等问题,文章提出用ZigBee无线网络代替传统星载总线的设计构想。结合空间应用的特点,对ZigBee星载应用的优势进行了分析,并提出了相应的可行性设计建议,包括ZigBee星载应用的系统组成、网络拓扑、帧结构以及网络节点的实现方案,研究结果可以为未来卫星和空间站电子系统的设计提供参考。     

空间网络对抗研究

网络安全关系国家安全、社会稳定和人民利益,网络发展伴随网络对抗的展开,网络战是一种异常激烈的特殊形式的“战争”。从网络对抗的概念出发,介绍空间信息网络的发展,分析空间信息网络的特点,探讨空间网络对抗的途径,最后梳理空间网络对抗的关键技术。     

液压余度舵机同步传动研究

几个舵机驱动同一控制对象,通道间产生力的纷争,本文采用均衡网络来减轻力的纷争,而均衡网络的参数则根据解耦控制理论导出。实际系统的实验证明本文所提出的消除余度通道间力纷争保证同步传动的方案是有效的。文章给出了最优均衡网络的参数设计公式。     

地球观测网络成像任务可调度性预测方法

为了能够快速、合理地分配成像任务,充分发挥对地观测网络的观测效能,对成像任务可调度性预测问题进行了研究,提出一种由协同任务分配组件、任务调度组件、特征提取组件以及任务可调度性预测组件所构成的组件化求解架构。在成像卫星经典调度模型的基础上,提取成像任务特征,并采用变隐含层节点的反向传播（BP）神经网络集成技术求解成像任务可调度性问题。仿真结果表明,集成BP神经网络的平均预测准确度可以达到85%以上。     

基于短板效应的网络对抗效果研究

从网络空间和作战空间的映射关系出发,提出了一种＂基于短板效应的网络可达度＂的网络中心战度量准则,对度量指标进行了定义并构建了相应的度量模型。运用该准则对作战网络的对抗效果进行了仿真分析。结果表明,作战网络的对抗效果主要取决于网络中关键节点及其链路的有效性。     

一种分布式传感器协同探测方法研究

提出了一种分布式传感器协同探测方法,通过构建基础骨干网和基于传感器分配的、可动态调整的协同应用网,实现对目标的实时、高精度探测。仿真分析表明,该方法可实时构建一个有效、合理的协同探测网络,满足高精度的目标探测需求。     

某型火箭发动机起动过程实时故障检测算法研究

以某型火箭发动机为研究对象,针对其起动工作过程,利用Matlab和LabWin-dows/CVI等编程语言,结合神经网络理论,开发了其起动工作过程的实时故障检测算法。使用了多次试车数据进行离线检验,结果证明该算法能够及时、有效地检测出该型火箭发动机起动过程的已有故障,并能够满足实时性的要求,没有出现误报警和漏报警。     

公共计算机实验室局域网安全与维护

介绍了公共计算机实验室局域网组网模式，网络病毒的特点及防范措施。常见网络故障的处理。     

具有神经元网络补偿的隐式广义预测控制的硬件设计与分析

针对隐式广义预测控制算法在被控系统复杂性增加时有效性降低、实时性变差的问题，本文将神经元网络作为该算法的补偿，提出了一种具有神经元网络补偿的隐式广义预测控制方法，并着重讨论了神经元网络的硬件设计和ＮＩＧＰＣ的实现。仿真结果表明：ＮＩＧＰＣ不仅保留了ＩＧＰＣ鲁棒性强等特点，更主要的是它提高了ＩＧＰＣ的的实时性，并使之具有良好的跟踪特性。