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海上目标多源数据特征提取与特征相关性分析

刘宁波 张子豪 陈宝欣 董云龙 李佳

刘宁波, 张子豪, 陈宝欣, 董云龙, 李佳. 海上目标多源数据特征提取与特征相关性分析[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250200
引用本文: 刘宁波, 张子豪, 陈宝欣, 董云龙, 李佳. 海上目标多源数据特征提取与特征相关性分析[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250200
LIU Ningbo, ZHANG Zihao, CHEN Baoxin, DONG Yunlong, LI Jia. Features Extraction and Correlation Analysis of Multi-Source Data for Maritime Targets[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250200
Citation: LIU Ningbo, ZHANG Zihao, CHEN Baoxin, DONG Yunlong, LI Jia. Features Extraction and Correlation Analysis of Multi-Source Data for Maritime Targets[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250200

海上目标多源数据特征提取与特征相关性分析

doi: 10.11999/JEIT250200 cstr: 32379.14.JEIT250200
基金项目: 国家自然科学基金(62388102, 62101583),泰山学者工程(tsqn202211246)
详细信息
    作者简介:

    刘宁波:男,教授,研究方向为雷达信号智能处理、海上目标探测技术

    张子豪:男,硕士生,研究方向为海上目标多源数据特征融合检测技术

    陈宝欣:男,工程师,研究方向为阵列信号处理、雷达多维信号处理

    董云龙:男,教授,研究方向为多传感器信息融合、雷达目标检测与跟踪

    李佳:女,硕士生,研究方向为海上目标多源数据特征融合分类技术

    通讯作者:

    张子豪 zhangzh0611@foxmail.com

  • 中图分类号: TN959

Features Extraction and Correlation Analysis of Multi-Source Data for Maritime Targets

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62388102, 62101583), The Taishan Scholars Program (tsqn202211246)
  • 摘要: 随着对海上目标检测识别需求的不断提高,多源信息联合处理快速发展。针对多源特征融合的目标检测问题:该文提取了3类9种物理可解释特征,包括雷达特征(径向尺寸、峰值个数、位置分布熵、横向尺寸、相对平均幅度)、可见光图像特征(边缘点数、水平投影宽度)和红外图像特征(高温连通区域数、热纹理能量)。采用斯皮尔曼相关系数衡量非同源数据特征之间的相关性,并结合假设检验方法判别相关显著性,以揭示多源特征的内在联系。实验结果表明,在多源特征间,尺寸特征稳定性较强,相关性较高;结构特征受观测条件影响显著,相关性较低。雷达极化方式、舰船运动状态及船只类型均对雷达回波特征提取有重要影响。可见光图像在结构信息提取上具有优势,红外图像尺寸特征在复杂环境中更稳定。研究结果揭示了多源特征的互补性,为后续多源特征融合目标检测算法提供了理论支撑。
  • 图  1  数据采集示意图

    图  2  实验数据复盘解析结果

    图  3  实验流程图

    图  4  噪声抑制前后边缘图像对比图

    图  5  显著相关特征对热力图

    图  6  不同极化方式下显著相关特征对数量对比

    图  7  搜救船对比图

    图  8  同一姿态下搜救船雷达回波对比图

    图  9  不同类型船只雷达回波对比图

    图  10  客船与集装箱货船对比图

    表  1  数据名称及船只参数

    船只类型 数据压缩包名称 船只状态 船只尺寸
    客船 20250117110753_2003_AT_414211000_1
    20250117110751_2002_AT_414211000_1
    在航 180 m/28 m
    干货船 20250117101738_2003_AT_352003977_1
    20250117101739_2002_AT_352003977_1
    在航 289 m/45 m
    集装箱货船 20250117103453_2003_AT_413697880_1
    20250117103454_2002_AT_413697880_1
    在航 161 m/23 m
    拖轮 20250117103143_2003_AT_413020540_1
    20250117103141_2002_AT_413020540_1
    在航 39 m/11 m
    搜救船 20250124121319_2003_AT_414150000_1
    20250124121318_2002_AT_414150000_1
    在航 117 m/16 m
    搜救船 20240930153712_2002_ST_413021330_1 锚泊 100 m/15 m
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    表  2  客船相关系数表

    热纹理能量TTE 高温连通区域数HTCC 边缘点数NE 水平投影宽度HPW
    414211000_HH 峰值个数NP –0.063 0.034 –0.002 0.030
    径向尺寸RD 0.002 0.245 –0.179 –0.242
    位置分布熵PDE –0.088 0.067 0.008 0.043
    横向尺寸CRD –0.279 –0.792 –0.284 –0.335
    相对平均幅度RAA 0.285 0.546 0.235 0.316
    414211000_VV 峰值个数NP 0.101 0.039 –0.086 –0.042
    径向尺寸RD 0.098 0.128 –0.051 0.013
    位置分布熵PDE 0.093 0.062 –0.073 –0.042
    横向尺寸CRD –0.133 –0.803 –0.354 –0.237
    相对平均幅度RAA –0.197 –0.499 –0.176 –0.143
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    表  3  干货船相关系数表

    热纹理能量TTE 高温连通区域数HTCC 边缘点数NE 水平投影宽度HPW
    352003977_HH 峰值个数NP 0.177 –0.251 –0.252 –0.281
    径向尺寸RD 0.276 –0.295 –0.134 –0.269
    位置分布熵PDE 0.220 –0.270 –0.244 –0.297
    横向尺寸CRD 0.547 –0.609 –0.460 –0.525
    相对平均幅度RAA –0.215 0.301 0.125 0.318
    352003977_VV 峰值个数NP –0.011 –0.037 0.096 0.034
    径向尺寸RD –0.223 0.346 0.187 0.232
    位置分布熵PDE –0.098 0.038 0.124 0.062
    横向尺寸CRD 0.562 –0.499 –0.462 –0.367
    相对平均幅度RAA 0.262 –0.259 –0.264 –0.197
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    表  4  集装箱货船相关系数表

    热纹理能量TTE 高温连通区域数HTCC 边缘点数NE 水平投影宽度HPW
    413697880_HH 峰值个数NP –0.121 –0.309 –0.207 –0.325
    径向尺寸RD –0.393 –0.638 –0.505 –0.550
    位置分布熵PDE –0.089 –0.253 –0.161 –0.291
    横向尺寸CRD –0.439 –0.612 0.555 0.608
    相对平均幅度RAA 0.570 0.772 0.697 0.784
    413697880_VV 峰值个数NP –0.313 –0.073 0.111 0.363
    径向尺寸RD –0.522 –0.354 0.099 0.158
    位置分布熵PDE –0.347 –0.076 0.148 0.322
    横向尺寸CRD –0.534 –0.435 0.232 0.352
    相对平均幅度RAA 0.409 0.349 –0.251 –0.276
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    表  5  拖轮相关系数表

    热纹理能量TTE 高温连通区域数HTCC 边缘点数NE 水平投影宽度HPW
    413020540_HH –0.151 0.231 0.222 –0.097
    径向尺寸RD 0.077 0.029 0.602 0.154
    位置分布熵PDE –0.149 0.324 0.101 0.008
    横向尺寸CRD –0.181 0.116 –0.563 –0.160
    相对平均幅度RAA 0.027 0.131 –0.067 0.201
    413020540_VV 峰值个数NP –0.297 –0.248 –0.111 0.228
    径向尺寸RD –0.163 –0.272 –0.032 0.185
    位置分布熵PDE –0.378 –0.304 0.015 0.270
    横向尺寸CRD 0.419 0.060 –0.079 –0.075
    相对平均幅度RAA –0.019 0.228 –0.057 0.064
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    表  6  搜救船相关系数表

    热纹理能量TTE 高温连通区域数HTCC 边缘点数NE 水平投影宽度HPW
    414150000_HH 峰值个数NP –0.126 –0.352 –0.044 –0.363
    径向尺寸RD –0.321 –0.432 –0.444 –0.256
    位置分布熵PDE –0.154 –0.299 –0.171 –0.201
    横向尺寸CRD 0.409 0.508 0.522 0.404
    相对平均幅度RAA 0.125 –0.569 –0.276 –0.398
    414150000_VV 峰值个数NP –0.132 –0.144 –0.210 –0.391
    径向尺寸RD –0.278 –0.373 –0.349 –0.201
    位置分布熵PDE –0.118 –0.151 –0.154 –0.121
    横向尺寸CRD 0.457 0.402 0.398 0.438
    相对平均幅度RAA –0.061 0.508 –0.033 –0.380
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    表  7  锚泊搜救船VV极化相关系数表

    热纹理能量TTE 高温连通区域数HTCC 边缘点数NE 水平投影宽度HPW
    413021330_VV 峰值个数NP –0.321 –0.134 –0.352 –0.363
    径向尺寸RD –0.206 –0.306 –0.432 –0.344
    位置分布熵PDE –0.307 –0.121 –0.213 –0.173
    横向尺寸CRD 0.416 0.428 0.508 0.522
    相对平均幅度RAA 0.117 0.409 0.307 0.341
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-03-25
  • 修回日期:  2025-07-25
  • 网络出版日期:  2025-07-30

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