近日，西安電子科技大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在臨近空間高速目標(biāo)精細(xì)識(shí)別領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，在航空航天領(lǐng)域全球排名Top 2的CJA (Chinese Journal of Aeronautics)上發(fā)表了題為“An unsupervised classification method of flight states for hypersonic targets based on hyperspectral features”的最新研究成果，并被評(píng)選為期刊亮點(diǎn)文章，通過(guò)官方微信公眾號(hào)、Facebook、Twitter賬號(hào)進(jìn)行國(guó)內(nèi)外推送。西安電子科技大學(xué)為第一完成單位，空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李小平教授帶領(lǐng)的測(cè)控通信研究（MCI）團(tuán)隊(duì)的袁淑容博士為第一作者，石磊教授為通信作者，李芳燕、姚博老師共同參與論文撰寫。該研究基于高超目標(biāo)飛行過(guò)程中等離子體鞘套持續(xù)輻射出的強(qiáng)烈“光譜指紋”特征，設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的無(wú)監(jiān)督高超目標(biāo)飛行狀態(tài)分類方法，為未來(lái)高超目標(biāo)類型、飛行狀態(tài)識(shí)別提供技術(shù)支撐。

據(jù)悉，高超聲速目標(biāo)在臨近空間高速飛行時(shí)，飛行器周圍由于嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱形成包覆于其表面的高溫激波流場(chǎng)，即等離子體鞘套。在微波段目標(biāo)表面的等離子體鞘套會(huì)使雷達(dá)回波產(chǎn)生散焦現(xiàn)象，天基遠(yuǎn)距離高速高機(jī)動(dòng)下光電成像空間特征嚴(yán)重退化，傳統(tǒng)光電/雷達(dá)探測(cè)手段目前難以對(duì)高超目標(biāo)進(jìn)行精細(xì)分類和識(shí)別。等離子體鞘套光譜輻射涵蓋紫外-可見(jiàn)-紅外豐富的多波段可探測(cè)光譜特征，且輻射特征與飛行器物理特征和運(yùn)動(dòng)特征密切相關(guān)，可為目標(biāo)的精細(xì)識(shí)別提供可靠信息。

傳統(tǒng)雷達(dá)高超目標(biāo)探測(cè)問(wèn)題和挑戰(zhàn)

天基光譜高超聲速目標(biāo)探測(cè)示意圖

據(jù)介紹，該文提出了一種無(wú)需標(biāo)注光譜特征數(shù)據(jù)集下的高超聲速目標(biāo)飛行狀態(tài)分類方法。等離子體鞘套的光譜輻射特征的類內(nèi)差異是目前典型高超目標(biāo)飛行狀態(tài)分類的難點(diǎn)。該文章引入超節(jié)點(diǎn)概率，緩解高超目標(biāo)光譜特征的類內(nèi)差異；揭示同類高超目標(biāo)在同種飛行狀態(tài)下高超目標(biāo)光譜起伏規(guī)律，進(jìn)一步減少類內(nèi)差異；最終提出基于輻射特性頻域特征提取的密度峰值（DPC）聚類方法。在團(tuán)隊(duì)基于理論計(jì)算構(gòu)建的高超目標(biāo)光譜樣本數(shù)據(jù)集下，相比于傳統(tǒng)的分類方法，所提算法實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)魯棒、高準(zhǔn)確性的無(wú)監(jiān)督分類效果。為了避免算法性能在團(tuán)隊(duì)自建數(shù)據(jù)集上具有特殊性，該文同時(shí)給出了在真實(shí)遙感數(shù)據(jù)集Salinas-A Data Set上所提分類算法的OA、AA和Kappa系數(shù)的平均值(20次以上)，均可提升至80%以上。

不同“同物異譜”程度下的自建高超目標(biāo)數(shù)據(jù)集上分類結(jié)果平均值

Salinas-A數(shù)據(jù)集下分類結(jié)果平均值

精細(xì)感知、識(shí)別高超聲速目標(biāo)是引領(lǐng)未來(lái)空天領(lǐng)域變革發(fā)展的基本保障，明確高超目標(biāo)光譜輻射知識(shí)、構(gòu)建目標(biāo)光譜樣本數(shù)據(jù)集是精細(xì)識(shí)別檢測(cè)的基礎(chǔ)性問(wèn)題。據(jù)悉，該文章提出的無(wú)監(jiān)督分類方法結(jié)果目前在團(tuán)隊(duì)構(gòu)建高超目標(biāo)光譜數(shù)據(jù)集上得到驗(yàn)證，隨著后續(xù)研究的推進(jìn)，MCI團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深挖高超目標(biāo)的光譜-空間-電磁特征，致力于從物理機(jī)理層面揭示高超目標(biāo)識(shí)別先驗(yàn)知識(shí)，知識(shí)和數(shù)據(jù)協(xié)同驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高超目標(biāo)類型、飛行高度、速度的穩(wěn)健識(shí)別。