The deep neural networks (DNNs) have freed the synthetic aperture radar automatic target recognition (SAR ATR) from expertise-based feature designing and demonstrated superiority over conventional solutions. There has been shown the unique deficiency of ground vehicle benchmarks in shapes of strong background correlation results in DNNs overfitting the clutter and being non-robust to unfamiliar surroundings. However, the gap between fixed background model training and varying background application remains underexplored. Inspired by contrastive learning, this letter proposes a solution called Contrastive Feature Alignment (CFA) aiming to learn invariant representation for robust recognition. The proposed method contributes a mixed clutter variants generation strategy and a new inference branch equipped with channel-weighted mean square error (CWMSE) loss for invariant representation learning. In specific, the generation strategy is delicately designed to better attract clutter-sensitive deviation in feature space. The CWMSE loss is further devised to better contrast this deviation and align the deep features activated by the original images and corresponding clutter variants. The proposed CFA combines both classification and CWMSE losses to train the model jointly, which allows for the progressive learning of invariant target representation. Extensive evaluations on the MSTAR dataset and six DNN models prove the effectiveness of our proposal. The results demonstrated that the CFA-trained models are capable of recognizing targets among unfamiliar surroundings that are not included in the dataset, and are robust to varying signal-to-clutter ratios.


翻译:深度神经网络(DNNs)使合成孔径雷达自动目标识别(SAR ATR)从基于专业技能的特征设计中解放出来,并且证明优于传统解决方案。人们发现地面车辆目标基准在强背景相关的形状方面存在独特的不足,导致DNN过度拟合杂波且不具备对陌生环境的鲁棒性。然而,固定背景模型训练和变化背景应用之间的差距仍未得到充分探讨。受对比学习启发,本文提出了一种名为对比特征对齐(CFA)的解决方案,旨在学习不变表示用于抗干扰识别。所提出的方法贡献了混合杂波变异体生成策略和一个新的推断分支,该分支配备了通道加权均方误差(CWMSE)损失,用于学习不变表示。具体而言,生成策略经过精心设计,以更好地吸引特征空间中的杂波敏感偏差。 CWMSE损失进一步设计用于更好地对比这种偏差并对齐由原始图像和对应的杂波变体激活的深度特征。所提出的对比特征对齐将分类损失和CWMSE损失结合起来进行联合训练,这允许逐步学习不变的目标表示。在MSTAR数据集和不同的6个DNN模型上进行广泛评估,我们的提议的有效性得到证明。结果表明,进行CFA训练的模型能够在不包含在数据集中的陌生环境中识别目标,并且对不同的信噪比具有鲁棒性。

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