1.一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)获取待检测单元周围P个参考单元的参考单元观测矩阵Zp,p=1,2,...,P,其中,待检测单元分别接收到四种极化下的N个连续脉冲,构成一个CUT观测矩阵Z=[zHH,zHV,zVH,zVV],zHH,zHV,zVH,zVV分别表示HH、HV、VH、VV极化下的观测向量,维度为N;
(2)将CUT观测矩阵和参考单元观测矩阵转换到频域、时频域、极化域;
(3)分别从时域、频域、时频域、极化域中提取待检测单元的特征,记总特征数目为D;
(4)将每个特征作为一个维度,构建D维特征空间。然后,将步骤(3)中的D个特征转换为T一个待检测单元的特征向量ξ=[ξ1,ξ2,…,ξD];
(5)将步骤(4)中待检测单元的特征向量作为输入,进入到具有最优模型参数的1D‑Lenet网络中,获取输入属于H1假设的概率值β,H1假设表示待检测单元中含有目标回波,其中,1D‑Lenet网络的最优模型参数是根据纯杂波和仿真含目标回波,按步骤(2)到步骤(4)提取特征向量样本,作为训练集,在1D‑Lenet网络基础上,基于训练集进行优化1D‑Lenet网络的模型参数,获得最优模型参数;
(6)将步骤(5)中的概率值β,作为最终的检验统计量
(7)将训练集的H0假设下的样本作为最优模型参数的1D‑Lenet网络的输入,获得M输入属于H1假设的概率β1,β2,β3,....,βM,H0假设表示待检测单元中只含有海杂波;根据设定的虚警率Pfa,获得相应地判决门限γ;根据检验统计量 与判决门限γ的关系,判断出待检测单元中是否存在目标:如果 则表明待检测单元中含有目标回波,如果 则表明待检测单元中不含有目标回波。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,其中,H0假设和H1假设的式为:HH HV VH VV HH HV VH VV
其中,c ,c ,c ,c 分别表示HH、HV、VH、VV极化下的海杂波向量,s ,s ,s ,s 分别表示四种极化下的目标回波向量, 分别表示四种极化下的第p个的参考单元的杂波向量,参考单元为纯杂波数据,用于为待检测单元提供海杂波信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤(2)中,对待检测单元参考单元的观测矩阵中的每一列数据,分别计算频域幅度谱AS,公式为:其中,z表示N维的回波向量,f表示频率变量,fr表示雷达脉冲重复频率,|·|表示取幅度,n表示时间维,z(n)表示第n个时间点回波的幅度;
对待检测单元参考单元的观测矩阵中的每一列数据,分别计算回波向量z的二维时频图SPWVD,公式如下: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,J和j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。
4.根据权利要求3所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤(3)中,在时域特征提取中,Hurst指数计算公式如下:其中,k和b表示拟合直线的斜率和截距。m表示序列间隔,n表示时间维,z(n)表示第n个时间点回波的幅度。
相对平均振幅RAA计算公式为:
5.根据权利要求4所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤(3)中,在频域特征提取中,相对多普勒峰高RDPH的计算公式为:其中,DPH代表多普勒峰高位置,Peak代表多普勒峰的最大值, 代表多普勒峰在多普勒谱中的位置,符号#Δ表示落入数集Δ的总数,Δ代表多普勒峰周围的多普勒间隔;
相对向量熵 的计算公式为:
ξ4表示相对向量熵RVE, 表示归一化频域幅度谱, 表示参考单元归一化频域幅度谱,P为参考单元的总数,p表示第p个参考单元。
6.根据权利要求5所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,在频域特征提取中,脊能量RI计算公式如下:在时频图每个时间尺度上,取前5个亮像素值标记为1剩余像素标记为0,生成二值图,在二值图上,获取连通区域Ω1,Ω2,...,Ωw,连通区域个数CR和最大连通区域尺寸MS分别由以下公式得出:CR(z)=W
其中,W表示连通区域的个数,#Ωw表示取第w个连通区域的非0元素,W表示连通区域的数量。
7.根据权利要求6所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,极化域特征提取中,对CUT观测矩阵Z的每个极化的向量,提取Hurst指数和RAA,即:HH HV VH VV
ξ1=Hurst(z ),ξ2=Hurst(z ),ξ3=Hurst(z ),ξ4=Hurst(z )HH HV VH VV
ξ5=RAA(z ),ξ6=RAA(z ),ξ7=RAA(z ),ξ8=RAA(z )对CUT观测矩阵Z的每个极化的向量,提取RDPH和RVE,即:HH HV VH VV
ξ9=RDPH(z ),ξ10=RDPH(z ),ξ11=RDPH(z ),ξ12=RDPH(z )HH HV VH VV
ξ13=RVE(z ),ξ14=RVE(z ),ξ15=RVE(z ),ξ16=RVE(z )对CUT观测矩阵Z的每个极化的向量,提取RI、CR和MS,即:HH HV VH VV
ξ17=RI(z ),ξ18=RI(z ),ξ19=RI(z ),ξ20=RI(z )HH HV VH VV
ξ21=CR(z ),ξ22=CR(z ),ξ23=CR(z ),ξ24=CR(z )HH HV VH VV
ξ25=MS(z ),ξ26=MS(z ),ξ27=MS(z ),ξ28=MS(z )。
8.根据权利要求7所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,在步骤(5)中,1D‑Lenet网络包括依次连接的C1卷积层、S2下采样层、C3卷积层、S4下采样层、C5卷积层、F6全连接层和最终输出Output层,C1卷积层、C3卷积层和C5卷积层为尺寸为3,步长为1的卷积核;最终输出Output层具有PRelu非线性激活函数;在C1卷积层与S2下采样层之间、C3卷积层与S4下采样层之间、C5卷积层与F6全连接层之间设有Dropout操作单元,1D‑Lenet网络训练中分批训练。
9.根据权利要求8所述的一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测方法,其特征在于,H0假设和H1假设分别构建两类样本集Ω0和Ω1,构成训练集Ω=Ω0∪Ω1,步骤(7)中,将训练集中H0假设下的M个样本,作为最优模型参数的1D‑Lenet网络的输入,获得M输入属于H1假设的概率β1,β2,β3,....,βM;
将统计量p1,p2,p3,....,pM按数值从大到小降序排列,即p1≥p2≥p3≥....≥pM,在虚警率Pfa下,判别门限其中,[x]表示对x四舍五入取整数。
10.一种基于改进1D‑Lenet网络的海面小目标检测装置,其特征在于,包括:第一获取模块,用于获取待检测单元周围P个参考单元的参考单元观测矩阵Zp,p=1,
2,...,P,其中,待检测单元分别接收到四种极化下的N个连续脉冲,构成一个CUT观测矩阵Z=[zHH,zHV,zVH,zVV],zHH,zHV,zVH,zVV分别表示HH、HV、VH、VV极化下的观测向量,维度为N;
转换模块,用于将CUT观测矩阵和参考单元观测矩阵转换到频域、时频域、极化域;
特征提取模块,用于分别从时域、频域、时频域、极化域中提取待检测单元的特征,记总特征数目为D;
特征转换模块,用于将每个特征作为一个维度,构建D维特征空间,将特征提取模块中T提取的D个特征转换为一个待检测单元的特征向量ξ=[ξ1,ξ2,…,ξD];
第二获取模块,用于将特征转换模块转换后的待检测单元的特征向量ξ作为输入,进入到具有最优模型参数的1D‑Lenet网络中,获取输入属于H1假设的概率值β,H1假设表示待检测单元中含有目标回波,其中,1D‑Lenet网络的最优模型参数是根据纯杂波和仿真含目标回波,按步骤(2)到步骤(4)提取特征向量样本,作为训练集,在1D‑Lenet网络基础上,基于训练集进行优化1D‑Lenet网络的模型参数,获得最优模型参数;
赋值模块,用于将第二获取模块获取的概率值β,作为最终的检验统计量判断模块,用于将训练集的H0假设下的样本作为最优模型参数的1D‑Lenet网络的输入,获得M输入属于H1假设的概率β1,β2,β3,....,βM,H0假设表示待检测单元中只含有海杂波;根据设定的虚警率Pfa,获得相应地判决门限γ;根据检验统计量 与判决门限γ的关系,判断出待检测单元中是否存在目标:如果 则表明待检测单元中含有目标回波,如果 则表明待检测单元中不含有目标回波。