我國有著綿長(zhǎng)的海岸線和遼闊的海洋國土，這使得我國周邊海域船舶巨增、航道復(fù)雜以及海情瞬息多變，船舶遭遇風(fēng)險(xiǎn)的可能大大增加。同時(shí)，關(guān)于海洋資源、海洋島嶼、海域劃界、海洋環(huán)境保護(hù)等方面的權(quán)益爭(zhēng)端越發(fā)激烈，為了保衛(wèi)海域及島嶼主權(quán)，海防也成為了國防建設(shè)中不可或缺的一環(huán)。對(duì)于一些艦船、潛艇等航行器的非法入侵、非法捕撈、非法走私進(jìn)行監(jiān)管是海防中的重要任務(wù)。因此，開展海洋中艦船、潛艇等目標(biāo)的探測(cè)技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)的探測(cè)手段主要以艦船或潛艇本體為檢測(cè)對(duì)象，然而傳統(tǒng)方法往往會(huì)受到艦船自身故障或先進(jìn)的隱身技術(shù)的嚴(yán)重影響。但是艦船或潛艇所產(chǎn)生的尾跡卻很難隱身，盡管這種隱匿在海面上的尾跡有時(shí)很難被肉眼發(fā)現(xiàn)，但卻難以逃脫機(jī)載和星載高精密成像傳感器的捕捉，艦船尾跡特別是潛艇尾跡是小尺度的海洋動(dòng)力學(xué)特征，往往通過高光譜、紅外熱成像或合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）進(jìn)行成像進(jìn)而完成探測(cè)識(shí)別。通過艦船或潛艇在水面留下的尾跡，不但可以發(fā)現(xiàn)、定位、跟蹤目標(biāo)本身的位置，而且還可以根據(jù)尾跡的幾何特征估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。基于尾跡特征的艦船或潛艇間接探測(cè)被認(rèn)為是一種極其可行的成像探測(cè)方法，這在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有著很高的應(yīng)用價(jià)值。

清華大學(xué)深圳國際研究生院周倩副教授、倪凱副教授課題組長(zhǎng)期在微納光學(xué)技術(shù)、光譜成像技術(shù)、光電精密測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行研究工作，從特種光學(xué)元器件、整機(jī)系統(tǒng)研制到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行了全技術(shù)鏈條攻關(guān)。針對(duì)上述問題，周倩、倪凱課題組提出了一種新的輕量級(jí)深度學(xué)習(xí)模型，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)艦船和尾跡。為了滿足巡航任務(wù)中艦船和尾跡檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求，本研究采用了單步法整體檢測(cè)框架（圖1），并開發(fā)了用于主干特征提取網(wǎng)絡(luò)的組合卷積模塊，以廉價(jià)的方式獲得豐富的特征圖像，在大大減少模型訓(xùn)練時(shí)間的同時(shí)也大大減輕了整體模型體積，滿足了艦船檢測(cè)系統(tǒng)的硬件要求。

圖1. 艦船尾跡檢測(cè)整體框架

研究團(tuán)隊(duì)基于所創(chuàng)建的高分三號(hào)艦船尾跡數(shù)據(jù)集，針對(duì)他們提出的輕量級(jí)模型，進(jìn)行了大量的訓(xùn)練和測(cè)試實(shí)驗(yàn)，定量分析了算法的良好性能。在艦船目標(biāo)及尾跡線條可靠的定位基礎(chǔ)之上，該研究也進(jìn)行了艦船航行信息反演算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析（圖2）。

圖2.部分艦船尾跡檢測(cè)結(jié)果展示

上述成果以“面向?qū)崟r(shí)檢測(cè)高分三號(hào)SAR圖像中艦船尾跡的輕量級(jí)深度學(xué)習(xí)模型”（Towards real-time detection of ships and wakes with lightweight deep learning model in Gaofen-3 SAR images）為題，發(fā)表在遙感領(lǐng)域國際期刊《環(huán)境遙感》（Remote Sensing of Environment）。

論文第一作者為清華大學(xué)深圳國際研究生院2020級(jí)博士生丁凱洋、2021級(jí)碩士生楊俊峰和中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院林慧研究員，通訊作者為清華大學(xué)深圳國際研究生院周倩副教授和倪凱副教授。其他合作者包括清華大學(xué)深圳國際研究生院2021級(jí)碩士生王昭、王得懿和王曉浩教授。（清華大學(xué)）