1.一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,包括:
获取雷达回波图像序列;
将雷达回波图像序列输入预先训练的预测神经网络,获得雷达回波外推预测图像;其中,预测神经网络包括从输入到输出依次连接的编码器、预测网络和译码器,预测网络包括若干层依次连接的预测单元,预测单元采用基于上下文信息融合及注意力机制的长短期记忆网络;
其中,预测单元的工作过程为:
对 和 进行信息融合,获得 和 ;其中,若当前时刻当前预测单元层数l>
1, 为当前时刻第l‑1层预测单元输出的隐藏状态, 为前一时刻第l层预测单元输出的隐藏状态;若当前时刻当前预测单元层数l=1, , 为当前时刻编码器的输出;
为 对应的新隐藏状态, 为 对应的新隐藏状态;
基于注意力机制,根据 、 、 和 ,获得 ;其中, 为前一时刻第l层预测单元输出的记忆单元, 为前τ个时刻第l层预测单元输出的记忆单元集,为前τ个时刻第l‑1层预测单元输出的隐藏状态集,若当前时刻当前预测单元层数l=1, , 为带有多个时间步信息的增强记忆单元;
根据 、 、 和 ,获得当前时刻当前预测单元输出的隐藏状态 、时空单元 和记忆单元 ;其中,若当前时刻当前预测单元层数l=1, 为前一时刻最后一层预测单元输出的时空单元,若当前时刻当前预测单元层数l>1, 为当前时刻第l‑1层预测单元输出的时空单元;最后一层预测单元输出的隐藏状态作为译码器的输入。
2.根据权利要求1所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,获得 和 的公式为:其中,*表示二维卷积, 表示矩阵的点乘运算, 为Sigmoid激活函数,Concat表示通道拼接, 为 的卷积核, 为 的卷积核, 表示卷积核的大小, 为依次经过不同尺寸卷积提取、进行通道拼接后的量, 为 依次经过不同尺寸卷积提取、进行通道拼接后的量, 均为 的卷积核, 均为 的卷积核, 为用于更新 的融合门, 为用于更新 的融合门。
3.根据权利要求1所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,基于注意力机制,根据 和 ,获得 ,包括:对 进行卷积运算;
将卷积运算后的结果与 分别进行点乘,获得 ;其中, 为相关性系数;
根据 ,获得 ;其中, 为注意力得分;
将 和 分别相乘后进行聚合,获得 ;其中, 为长期运动信息;
采用 构建的融合门 ,根据 、融合门 和 ,获得 。
4.根据权利要求3所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,获得 的公式为:其中,*表示二维卷积, 表示矩阵的点乘运算, 为 卷积运算后的结果, 为中第i个元素,为前i个时刻l‑1层预测单元输出的隐藏状态, 为 中第j个元素,为前j个时刻第l层预测单元输出的记忆单元, 为 的卷积核, 为 的卷积核, 为Sigmoid激活函数。
5.根据权利要求1所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,根据和 ,获得当前时刻当前预测单元输出的隐藏状态 、时空单元和记忆单元 ,包括:
根据 和 ,获得当前时刻当前预测单元输出的记忆单元 ;
根据 和 ,获得当前时刻当前预测单元输出的时空单元 ;
根据 和 ,获得当前时刻当前预测单元输出的隐藏状态 。
6.根据权利要求5所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,获得当前时刻当前预测单元输出的记忆单元 的公式为:其中, 为Sigmoid激活函数, 为当前时刻 用于输入门的卷积核, 为前一时刻 用于输入门的卷积核, 为当前时刻 用于输入调制门的卷积核, 为前一时刻 用于输入调制门的卷积核, 表示当前时刻 用于遗忘门的卷积核,表示前一时刻 用于遗忘门的卷积核,为第一输入门, 为第一输入调制门, 为第一遗忘门, 为 对应的偏差, 为 对应的偏差, 为 对应的偏差,*表示二维卷积,表示矩阵的点乘运算。
7.根据权利要求5所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,获得当前时刻当前预测单元输出的时空单元 的公式为:其中, 为第二输入门, 为第二输入调制门, 为第二遗忘门, 为 对应的偏差,为 对应的偏差, 为 对应的偏差,*表示二维卷积, 表示矩阵的点乘运算,tanh表示双曲正切激活函数, 表示当前时刻 用于输入门的卷积核, 表示当前时刻用于输入门的卷积核, 表示当前时刻 用于输入调制门的卷积核, 表示当前时刻 用于输入调制门的卷积核, 表示当前时刻 用于遗忘门的卷积核,表示当前时刻 用于遗忘门的卷积核, 为Sigmoid激活函数。
8.根据权利要求5所述的一种雷达回波外推预报方法,其特征在于,获得当前时刻当前预测单元输出的隐藏状态 的公式为:其中,*表示二维卷积, 表示矩阵的点乘运算, 为输出门, 为 对应的偏差,tanh表示双曲正切激活函数, 表示 和 按列拼接并保持行不变, 表示当前时刻 用于输出门的卷积核, 表示前一时刻 用于输出门的卷积核, 表示 用于输出门的卷积核, 表示 用于输出门的卷积核, 表示用于 的大小为的卷积核。
9.一种雷达回波外推预报系统,其特征在于,采用权利要求1 8中任一项所述的雷达回~波外推预报方法,包括:
获取模块,获取雷达回波图像序列;
预测模块,将雷达回波图像序列输入预先训练的预测神经网络,获得雷达回波外推预测图像;其中,预测神经网络包括从输入到输出依次连接的编码器、预测网络和译码器,预测网络包括若干层依次连接的预测单元,预测单元采用基于上下文信息融合及注意力机制的长短期记忆网络。