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专利号: 2020103224512
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于时频图深度学习的海面小目标检测方法,包括以下步骤:

(1)雷达接收M个距离单元的N个脉冲的二维数据矩阵,记为R(n,m),n=1,2,...,N;m=

1,2,...,M;其中,n表示脉冲维,m表示距离维,N表示脉冲数目,M表示距离单元数目;对第mT个距离单元的回波向量zm=[R(1,m),R(2,m),...,R(N,m)]进行检测,即待检测单元;待检测单元周围K个参考距离单元的回波向量zm,k,k=1,2,...,K,K<M;判断待检测单元是否含有目标回波,将回波向量转换为二个分类H0和H1,H0假设表示海杂波,H1假设表示含目标回波;

(2)计算步骤(1)中回波向量zm的二维平滑伪魏格纳‑维尔分布SPWVD,获得zm的二维时频图;

(3)海杂波的SPWVD是一个随机过程,其低阶统计特性可用均值函数μ(n,l)和标准差函数σ(n,l)表示;从K个参考距离单元内获取低阶统计特性的估计值,对步骤(2)中的二维时频图进行白化预处理,得到预处理后的时频图,实现海杂波抑制;

(4)当步骤(1)中雷达开机后,可获得大量的海杂波数据;将大量海杂波数据和含目标回波仿真数据作为训练数据,优化基于Inception V3的迁移学习分类器;检测时,将步骤(3)中的二维时频图作为迁移学习分类器的输入,获取输出值;步骤(4)具体包括,T

4.1)从雷达数据中获得I个距离单元的海杂波向量ci=[ci(1),ci(2),...,ci(N)] ,i=

1,2,...,I,任意一个海杂波向量含有N个脉冲,并且满足I≥[100/Pfa],其中,Pfa为虚警率,[]表示取最大整数;

4.2)I个距离单元中任一距离单元的海杂波向量为c(n),该距离单元的含目标回波向量通过下式计算:其中,SCR为信杂比,λ是雷达波长,Tr是雷达的脉冲重复周期, 是初始相位,v0和v1是目标的起始径向速度和末端径向速度,在区间(‑5,5)m/s内均匀产生;

4.3)构建两类数据的训练数据和标签,第一类数据是步骤4.1)中的I个距离单元的海杂波向量,标签为“0”;第二类数据是按照步骤4.2获得I个距离单元的含目标回波向量,标签为“1”;

4.4)根据步骤4.3中的训练数据和标签,实现基于InceptionV3的迁移学习分类器的参数训练,借助InceptionV3深度网络,迁移学习分类器能够提取时频图的多尺度特征;同时,辅助以微调训练用于增加卷积层,降低学习效率;

4.5)根据步骤4.4中获得的迁移学习分类器,将步骤3)中预处理后的二维时频图作为迁移学习分类器的输入,获得迁移学习分类器的输出值,即两类概率:属于H0假设的概率为p0,和属于H1假设的概率为p1;

T

(5)将步骤(4)中迁移学习分类器的输出值作为统计量,记为ξ=[p0,p1] ,p0表述属于H0假设的概率,p1表示属于H1假设的概率;

(6)在虚警率Pfa下,通过蒙特卡洛试验方法获取H0假设下判决区域Ω;

(7)计算统计量ξ和判决区域Ω的位置,判决步骤(1)中回波向量zm中是否存在目标:如果 则表明回波向量zm含有目标回波,属于H1假设;

如果ξ∈Ω,则表明回波向量zm无目标回波,属于H0假设。

2.根据权利要求1所述基于时频图深度学习的海面小目标检测方法,步骤(2)中,zm的二维时频图SPWVD,通过以下公式计算:其中,n表示时间维,l表示频率维,Δfd为归一化多普勒频率的采样间隔,Q和q分别表示时间维采样数目和相应的变量,P和p分别表示频率维采样数目和相应的变量,g(q)和h(p)分别是时间维和频率维的平滑窗。

3.根据权利要求2所述基于时频图深度学习的海面小目标检测方法,步骤(3)中,白化预处理通过下式计算:其中, 表示预处理后的时频图; 和 表示K个参考距离单元的

回波向量的均值函数的估计值和标准差的估计值。